丙烯酸酯低聚物改性环氧树脂研究

2020-01-17史利利胡永玲

黑龙江科学 2020年2期

史利利，胡永玲

(1.黑龙江省科学院石油化学研究院，哈尔滨 150040； 2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020)

1 前言

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，由于它们的分子结构中含有羟基、醚键和活泼的环氧树脂极性基团，因此具有高凝聚力，可以与多种类型的固化剂发生交联反应并形成三维网络结构。环氧树脂有良好的机械性能、耐水、耐溶剂和固化收缩性小的优点，被广泛应用于胶黏剂、涂料等领域。为了扩大环氧树脂的应用领域，克服环氧树脂单独使用时存在的耐候性、韧性和储存稳定性差的缺陷，多个树脂复合使用就成了常用的改性环氧树脂方法[1-2]。常见的用于改性环氧树脂的有聚氨酯树脂、有机硅树脂、纳米粒子和丙烯酸酯树脂[3-4]。丙烯酸酯树脂具有不易老化、耐水、柔韧性好等优点，可以弥补环氧树脂刚性大、质脆等缺陷。从提高环氧树脂韧性角度出发，丙烯酸酯低聚物的合成及加入量成为了研究热点[5-7]。

2 实验部分

2.1 主要实验材料

丙烯酸丁酯、丙烯腈，分析纯(国药集团化学试剂有限公司生产)；2-甲基-2-丙烯酸-2-异氰酸基乙酯，分析纯(进口)；环氧树脂E-03、环氧树脂E-51(工业级，广州亿珲盛化工有限公司生产)；固化剂为4，4’—二氨基二苯基甲烷(工业级，天津天豪达化工有限公司生产)；催化剂为二月桂酸二丁基锡，分析纯(济南荣正化工有限公司生产)；引发剂为过氧化二苯甲酰，分析纯(莱芜市恒通化工有限公司生产)。

2.2 制备过程

制备过程见已发表文章[8]。

2.3 主要仪器

电热恒温鼓风干燥箱：DHG9245型，上海一恒科学仪器有限公司生产；

电子万能材料试验机：5982，美国ITW集团英斯特朗公司生产。

2.4 主要性能测试

剥离强度：按照GB-7122-1996标准进行测定；

剪切强度：按照GB-7124-2008标准进行测定。

3 结果与讨论

3.1 低聚物用量对体系粘接强度的影响

分别讨论了低聚物质量/总质量为0，10%，15%，20%，25%和30%情况下，体系的粘接强度变化。低聚物用量对体系剥离强度的影响如图1。通过图1发现，低聚物的加入量在一定范围内，可以提高体系的剥离强度。在低聚物用量为20%时出现最大值，最大值为9 kN/m，比未改性体系提高了350%。低聚物用量对体系剪切强度的影响如图2。由图2可以看出，体系的剪切强度在低聚物用量为20%时出现最大值，最大值为常温剪切强度为36.1 Mpa，比未改性体系提高了19.5%，150℃剪切强度为11.8 Mpa，较未改性体系有所下降。数据表明，低聚物的适度加入可以提高体系的剥离强度和常温剪切强度，但对高温剪切强度有影响。

图1 剥离强度随低聚物用量的变化Fig.1 The change of peel strength with the amount of oligomer

图2 剪切强度随低聚物用量的变化Fig.2 The change of shear strength with the amount of oligomer

3.2 低聚物用量对体系力学性能的影响

低聚物用量对体系的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率的影响如图3和图4。

图3和图4表明，在体系中加入低聚物后，会对拉伸强度和弹性模量有很大的影响，且随着低聚物用量的增加呈下降趋势，这是由于在基体中加入了低模量物质所致。断裂伸长率在低聚物用量为20%时，出现最大值，最大值为8.7%，比未改性体系提高了74.0%，随着低聚物用量的继续增加，断裂伸长率开始降低。

图4 断裂伸长率随低聚物用量的变化Fig.4 The change of elongation with the amount of oligomer

图5 冲击强度随低聚物用量的变化Fig.5 The change of impact strength with the amount of oligomer

低聚物用量对体系的冲击强度影响如图5。由图5可以看出，低聚物用量在一定范围内，可以明显提高体系的冲击强度，但用量不易过大，在用量为10%时，体系的冲击强度最大，值为42.1 kJ·m-2，比未改性体系提高了221.4%。为了使丙烯酸酯低聚物粒子通过空穴现象和剪切屈服提高基体树脂的冲击强度，低聚物的加入量一定要适中[9-10]。