新型多官能度烯丙基双酚A型环硫/环氧树脂的合成及性能研究

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环硫树脂是一种同环氧树脂结构类似的新型树脂,同环氧树脂相比,固化速度快,韧性高,不仅可以与环氧树脂共混,也可以直接使用,具有良好的应用前景,但也蕴藏许多科学问题亟待探究。通过新型的含有不饱和键的多功能环氧树脂,二烯丙基双酚A型环氧树脂(DADGEBA),与KSCN进行环硫化反应,合成了部分环硫化的二烯丙基双酚A型环氧/环硫树脂(DADGEBAES),并通过多种方法对两种基体树脂的基本性能和应用性能进行了对比研究,获得了一些有价值的研究结果,对环硫树脂的应用和开发有指导作用。首先用烯丙基双酚A(DABPA)合成了DADGEBA,然后用KSCN作为环硫化试剂合成了DADGEBAES,通过FTIR、NMR、DSC进行了结构和性能的表征,并对基本性能进行了研究。另外,采用分子动力学模拟并获得了相关性能参数,如聚合物合成反应的过渡态搜索,分子几何构型、分子键参数和福晋函数(Fukui)与反应活性的关系;与金属氧化物的表面作用能和表面自由能的关系;水分子在树脂体系中的扩散系数评价树脂耐水性等,最后对DADGEBAES的不稳定性能进行了初探。通过分子动力学模拟方法进行合成反应过渡态搜索,获得反应过渡态能量和反应活化能,探索得到该型环硫树脂的合成最佳条件25℃/4h;IR表征表明DADGEBAES中含有有烯丙基、环氧基和环硫基,是一种部分环硫化的多官能的环氧/环硫树脂;DSC谱图表明,分子结构类似的DADGEBAES较DADGEBA,其储存性能和耐室温稳定性较差;粘度测试结果表明与环氧树脂E51相比较在一定温度下相对较小,具有较低的粘流活化能;其固化体系的凝胶时间最短,因此反应活性高,计算得反应活化能分别为:Ea(DADGEBA体系)=42.42KJ/mol,Ea(DADGEBAES体系)=36.30KJ/mol,并通过分子模拟从分子键参数、前线分子轨道和Fukui函数进行反应活性的预测结果与试验结果相符;力学性能测试中,烯丙基环硫树脂对基材Al或钢的粘接剪切强度小于烯丙基环氧树脂,大于传统型环氧树脂E51,总体上对于基材钢的粘接性能要优于基材铝,另外通过接触角的测定得到前者对于基材铝的表面浸润性能更佳,并用分子模拟的方法得到不同树脂与氧化铝基材表面的相互作用能;最后对DADGEBA和DADGEBAES的耐水性能通过固化物吸水率、水对粘接剪切强度的影响和水在固化物表面的接触角进行测试,结果表明双酚A环硫树脂比环氧树脂有更佳的耐水性能,而通过模拟计算得到水在两种树脂中的扩散系数,对耐水性能的研究具有预测和指导作用。
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