丙烯酸酯低聚物改性環氧樹脂研究

史利利，胡永玲

(1.黑龍江省科學院石油化學研究院，哈爾濱 150040； 2.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020)

1 前言

環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物，由于它們的分子結構中含有羥基、醚鍵和活潑的環氧樹脂極性基團，因此具有高凝聚力，可以與多種類型的固化劑發生交聯反應并形成三維網絡結構。環氧樹脂有良好的機械性能、耐水、耐溶劑和固化收縮性小的優點，被廣泛應用于膠黏劑、涂料等領域。為了擴大環氧樹脂的應用領域，克服環氧樹脂單獨使用時存在的耐候性、韌性和儲存穩定性差的缺陷，多個樹脂復合使用就成了常用的改性環氧樹脂方法[1-2]。常見的用于改性環氧樹脂的有聚氨酯樹脂、有機硅樹脂、納米粒子和丙烯酸酯樹脂[3-4]。丙烯酸酯樹脂具有不易老化、耐水、柔韌性好等優點，可以彌補環氧樹脂剛性大、質脆等缺陷。從提高環氧樹脂韌性角度出發，丙烯酸酯低聚物的合成及加入量成為了研究熱點[5-7]。

2 實驗部分

2.1 主要實驗材料

丙烯酸丁酯、丙烯腈，分析純(國藥集團化學試劑有限公司生產)；2-甲基-2-丙烯酸-2-異氰酸基乙酯，分析純(進口)；環氧樹脂E-03、環氧樹脂E-51(工業級，廣州億琿盛化工有限公司生產)；固化劑為4，4’—二氨基二苯基甲烷(工業級，天津天豪達化工有限公司生產)；催化劑為二月桂酸二丁基錫，分析純(濟南榮正化工有限公司生產)；引發劑為過氧化二苯甲酰，分析純(萊蕪市恒通化工有限公司生產)。

2.2 制備過程

制備過程見已發表文章[8]。

2.3 主要儀器

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG9245型，上海一恒科學儀器有限公司生產；

電子萬能材料試驗機：5982，美國ITW集團英斯特朗公司生產。

2.4 主要性能測試

剝離強度：按照GB-7122-1996標準進行測定；

剪切強度：按照GB-7124-2008標準進行測定。

3 結果與討論

3.1 低聚物用量對體系粘接強度的影響

分別討論了低聚物質量/總質量為0，10%，15%，20%，25%和30%情況下，體系的粘接強度變化。低聚物用量對體系剝離強度的影響如圖1。通過圖1發現，低聚物的加入量在一定范圍內，可以提高體系的剝離強度。在低聚物用量為20%時出現最大值，最大值為9 kN/m，比未改性體系提高了350%。低聚物用量對體系剪切強度的影響如圖2。由圖2可以看出，體系的剪切強度在低聚物用量為20%時出現最大值，最大值為常溫剪切強度為36.1 Mpa，比未改性體系提高了19.5%，150℃剪切強度為11.8 Mpa，較未改性體系有所下降。數據表明，低聚物的適度加入可以提高體系的剝離強度和常溫剪切強度，但對高溫剪切強度有影響。

圖1 剝離強度隨低聚物用量的變化Fig.1 The change of peel strength with the amount of oligomer

圖2 剪切強度隨低聚物用量的變化Fig.2 The change of shear strength with the amount of oligomer

3.2 低聚物用量對體系力學性能的影響

低聚物用量對體系的拉伸強度、彈性模量和斷裂伸長率的影響如圖3和圖4。

圖3和圖4表明，在體系中加入低聚物后，會對拉伸強度和彈性模量有很大的影響，且隨著低聚物用量的增加呈下降趨勢，這是由于在基體中加入了低模量物質所致。斷裂伸長率在低聚物用量為20%時，出現最大值，最大值為8.7%，比未改性體系提高了74.0%，隨著低聚物用量的繼續增加，斷裂伸長率開始降低。

圖4 斷裂伸長率隨低聚物用量的變化Fig.4 The change of elongation with the amount of oligomer

圖5 沖擊強度隨低聚物用量的變化Fig.5 The change of impact strength with the amount of oligomer

低聚物用量對體系的沖擊強度影響如圖5。由圖5可以看出，低聚物用量在一定范圍內，可以明顯提高體系的沖擊強度，但用量不易過大，在用量為10%時，體系的沖擊強度最大，值為42.1 kJ·m-2，比未改性體系提高了221.4%。為了使丙烯酸酯低聚物粒子通過空穴現象和剪切屈服提高基體樹脂的沖擊強度，低聚物的加入量一定要適中[9-10]。

4 結論

實驗發現，丙烯酸酯低聚物用量為20%時，改性體系的剝離強度出現最大值，最大值為9 kN/m，常溫剪切強度為36.1 Mpa，斷裂伸長率為8.7%，分別比未改性體系提高了350%、19.5%和74%。