環(huán)氧樹脂以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于高新尖端技術(shù)、工業(yè)和民用品中。當(dāng)前常用的環(huán)氧樹脂固化體系主要有環(huán)氧樹脂-脂肪族多元胺體系和環(huán)氧樹脂-聚酰胺體系。環(huán)氧樹脂-脂肪族多胺體系的反應(yīng)速度快,但產(chǎn)物韌性不高,毒性大,刺激性強(qiáng),給人類和環(huán)境帶來不利影響;而環(huán)氧樹脂-聚酰胺體系雖韌性好,毒性低,但凝膠時(shí)間較長[1,2]。因此,研究并制備能在潮濕表面上和水中固化環(huán)氧樹脂、并改善樹脂脆性以及能在低溫下固化的新型環(huán)氧樹脂固化劑顯得尤為重要。
這是由于溫度太低硫脲與多胺根本不能完全反應(yīng),甚至相互之間根本不能發(fā)生縮合反應(yīng);但是當(dāng)溫度太高時(shí),大量的硫脲在未與二乙烯三胺聚合時(shí)就發(fā)生分解,副產(chǎn)物也會(huì)增多;在較高的溫度下無法阻止物料的揮發(fā),導(dǎo)致固化時(shí)間隨著溫度的升高先減小后增大。綜合考慮在80℃時(shí)固化劑的性能比較優(yōu)異。
2.2合成時(shí)間對(duì)固化劑性能的影響
合成反應(yīng)時(shí)間對(duì)固化劑性能的影響見表2。
2.2.1接觸角
固化劑的接觸角隨合成時(shí)間的變化見圖3。
從圖3中可以看出,接觸角隨著合成時(shí)間的增加也是呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。這是由于硫脲與多胺的縮合反應(yīng)屬低分子聚合反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間不夠則聚合不充分,目標(biāo)產(chǎn)物不理想;反應(yīng)時(shí)間過長則副反應(yīng)過多,組分復(fù)雜,影響固化劑性能[3,4]。
2.2.2產(chǎn)物固化時(shí)間
不同反應(yīng)時(shí)間合成的固化劑與環(huán)氧樹脂混合固化所需的時(shí)間如圖4所示。
從圖4可以看出:固化時(shí)間隨合成時(shí)間的增加,呈也先減小后增大的趨勢(shì)。隨著合成時(shí)間的增加,固化時(shí)間縮短,當(dāng)合成時(shí)間為1.2~1.4h時(shí),固化劑固化最快;再增加合成時(shí)間,固化時(shí)間也隨之增加。綜合考慮合成時(shí)間為1.2~1.4h時(shí)固化劑綜合性能最優(yōu)。
2.3單體投料量對(duì)固化劑性能的影響
單體投料比對(duì)固化劑性能的影響見表3。
2.3.1接觸角隨單體配比的變化
固化劑的接觸角隨單體配比的變化圖5所示。
從圖5可以看出:接觸角隨著單體投料比的增加,先增大后減小,m(二乙烯三胺)∶m(硫脲)=3.30∶1時(shí),接觸角最小。
這是由于硫脲作為固化反應(yīng)的促進(jìn)劑,分子中活潑氫較多,能夠加快環(huán)氧樹脂的固化速度,而且對(duì)固化物的剪切、剝離強(qiáng)度也有較好影響[5]。硫脲用量增大,固化時(shí)間縮短,力學(xué)強(qiáng)度提高,但固化劑的適用時(shí)間也隨之縮短,因此硫脲的加入量必須適量。
2.3.2固化時(shí)間隨單體配比的變化
固化劑的固化時(shí)間隨單體配比的變化見圖6。從圖6可以看出:固化時(shí)間隨著單體投料比的增加先增大后減小。
當(dāng)單體配比為3.13時(shí)固化時(shí)間最少,速度最快。結(jié)合接觸角方面的測(cè)試,可以推測(cè)單體配比為3.13~3.30∶1時(shí)固化劑綜合性能較好。
2.4紅外分析
不同合成溫度下的產(chǎn)物光譜圖如圖7所示,最佳合成時(shí)間與最佳配比條件下產(chǎn)物的光譜圖如圖8所示。