環(huán)氧樹脂具有很多優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)械強(qiáng)度高、粘結(jié)力強(qiáng)、收縮率低、穩(wěn)定性好、加工性能優(yōu)良等，被廣泛使用于涂料、粘結(jié)劑、電氣產(chǎn)品、土木建筑、夏合材料等領(lǐng)域。然而由于其性脆、不夠強(qiáng)韌、抗沖擊性差，成為影響其市場進(jìn)一步擴(kuò)大的難題，為比必須對其進(jìn)行改性。目前對環(huán)氧樹脂采用的主要改性方法之一，就是聚氨酯改性環(huán)氧樹脂，日前國內(nèi)科研人員通過設(shè)計(jì)一系列方案，采用紅外光譜對聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，研究聚氨酯預(yù)聚體對環(huán)氧樹脂改性的過程中可能發(fā)生的反應(yīng)種類及反應(yīng)機(jī)理，對聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的應(yīng)用研究具有重要的指導(dǎo)意義。聚氨酯改性環(huán)氧樹脂，就是在適當(dāng)?shù)臈l件下使得2者形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高環(huán)氧樹脂韌性，同時不降低其強(qiáng)度、耐熱性的目的。
然而在聚氨酯改性環(huán)氧樹脂時由于原料的多樣性，且各種原料所含官能團(tuán)在一定程度上可發(fā)生反應(yīng)并且相互產(chǎn)生影響，使得聚氨酯改性環(huán)氧樹脂體系的固化機(jī)理復(fù)雜化。通常的文獻(xiàn)上只是籠統(tǒng)的根據(jù)各種原料的官能團(tuán)指出了體系內(nèi)可能存在的反應(yīng)，或者僅就開始原料和最終產(chǎn)物做結(jié)構(gòu)分析，而并未對反應(yīng)過程做進(jìn)一步的研究。采用紅外光譜對聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征的研究，在這方面走出了一條新路。研究所用實(shí)驗(yàn)原料包括甲苯二異氰酸酯(TDl)、聚醚210、1，4-丁二醇、二月桂酸二丁基錫、l，2-環(huán)氧環(huán)已烷-4，5-二甲酸二縮水甘油酯(TDE-85)、甲基四氫鄰苯二甲、酸酐(MeTHPA)、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)等。端異氰酸酯基PU預(yù)聚體、IPN產(chǎn)物都在實(shí)驗(yàn)中制備。
性能檢測則采用AVATAR360型紅外分析儀(美國Nicolet公司)，對原料TDE—85、聚醚二元醇GM210以及PU預(yù)聚體、樣品進(jìn)行紅外光譜分析，固體樣品采用溴化鉀壓片法進(jìn)行檢測，液體樣品直接測試或經(jīng)過四氯化碳稀釋后檢測。結(jié)果表明：首先促進(jìn)劑DMP-30進(jìn)攻酸酐生成羧酸鹽陰離子；其次羧酸鹽陰離子和環(huán)氧基反應(yīng)生成氧陰離子；最后氧陰離子與另一個酸酐進(jìn)行反應(yīng)再生成羧酸鹽陰離子；此羧酸鹽陰離子再與環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)聚合反應(yīng)，這樣一步一步地交替進(jìn)行固化反應(yīng)。這一課題通過制備聚氨酯改性環(huán)氧樹脂體系，并經(jīng)紅外光譜分析，研究了異氰酸酯端基的聚氨酯預(yù)聚體、擴(kuò)鏈劑、環(huán)氧樹脂及其固化劑之間相互反應(yīng)的規(guī)律。結(jié)果表明聚氨酯、環(huán)氧樹脂2者之間形成IPN結(jié)構(gòu)過程中，環(huán)氧樹脂與其固化劑之間發(fā)生固化反應(yīng)；擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇對PU預(yù)聚體進(jìn)行擴(kuò)鏈；同時TDE-85同PU預(yù)聚體之間還發(fā)生兩相間的化學(xué)反應(yīng)。
這可有效地提高2種聚合物之間的相容性和穩(wěn)定性，從而可以提高環(huán)氧樹脂性能，達(dá)到改性目的。在聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的固化過程中，TDE-85和擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇并未發(fā)生反應(yīng)，紅外圖譜中多的羥基振動峰是因?yàn)轶w系中仍然存在擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇，從而引入了羥基吸收峰；聚氨酯體系的聚醚和TDI反應(yīng)，生成-NCC端基的預(yù)聚體，而后又與擴(kuò)鏈劑二元醇發(fā)生反應(yīng)，形成聚氨酯網(wǎng)絡(luò)體系；環(huán)氧體系中TDE-85中的環(huán)氧基與酸酐發(fā)生固化反應(yīng)，形成環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)體系；環(huán)氧體系中的TDE-85同PU預(yù)聚體之間還發(fā)生兩相間的化學(xué)反應(yīng)，可有效地提高2種聚合物相容與穩(wěn)定性，在不降低其強(qiáng)度的基礎(chǔ)上達(dá)到提高環(huán)氧樹脂韌性和耐熱性的目的。
