2016

環(huán)氧膠粘劑低溫固化劑的合成及固化動力學(xué)研究

管蓉,夏蘭君,張欒,熊曉,孔志祥,張?zhí)?湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,武漢,430062)　　為了滿足冬天或低氣溫施工的需要,自行合成了環(huán)氧膠粘劑低溫固化劑,并研宄了環(huán)氧膠粘劑的低溫固化動力學(xué)。以二乙烯三胺和與硫脲等為原料,通過縮聚反應(yīng),合成了環(huán)氧膠粘劑的低溫固化劑,13C-NMR和FTIR測試證明成功合成了低溫固化劑,LC-MS(液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用)確定了所合成低溫固化劑的分子量及聚合度(如圖1所示)?！?

管蓉,夏蘭君,張欒,熊曉,孔志祥,張?zhí)?/p>

(湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,武漢,430062)

　　為了滿足冬天或低氣溫施工的需要,自行合成了環(huán)氧膠粘劑低溫固化劑,并研宄了環(huán)氧膠粘劑的低溫固化動力學(xué)。以二乙烯三胺和與硫脲等為原料,通過縮聚反應(yīng),合成了環(huán)氧膠粘劑的低溫固化劑,13C-NMR和FTIR測試證明成功合成了低溫固化劑,LC-MS (液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用)確定了所合成低溫固化劑的分子量及聚合度(如圖1所示)。

　　將所合成的低溫固化劑與環(huán)氧樹脂E-44以不同的比例配膠固化,通過DSC和接觸角測試確定了較好的配比,并以該配比為基準(zhǔn)研究了環(huán)氧膠粘劑的低溫固化動力學(xué)。用DSC進(jìn)行固化動力學(xué)的研宄設(shè)定為:升溫速率依次為5,10,12.5, 15及20°C/min (在液氮氛圍下從-50°C升溫到250°C)的動態(tài)固化動力學(xué)研究,以及等溫固化動力學(xué)研究,即升到設(shè)定溫度后,恒溫足夠長的時候直至曲線趨于平坦,等溫的溫度分別為10, 15, 25,35, 45,60,80°C/min。

　　環(huán)氧膠粘劑的動態(tài)固化動力學(xué)處理用到了動力學(xué)模型,等轉(zhuǎn)化率法,改進(jìn)的等轉(zhuǎn)化率法和補償參數(shù)法等,從動力學(xué)基本方程(1)開始[1](式中a為固化度,可通過^^°>°1算得其值,AHt為反應(yīng)時間t時刻的反應(yīng)熱,AHtotal為總的反應(yīng)熱。),經(jīng)過多次方程的推導(dǎo)和假設(shè),最后得到關(guān)于自催化模型的固化速率方程(2)(式中da/dt為固化速率,Cf為校正因子,111和11為反應(yīng)級數(shù)),以及固化度與溫度T的關(guān)系(3)(式中Af為動力學(xué)參數(shù))。

　　環(huán)氧膠粘劑的等溫固化動力學(xué)所用基本方程為(4) [2](式中kl和k2為固化速率常數(shù)):

　　經(jīng)過假設(shè)和推導(dǎo),得到擴散因子g(a)的計算式(5)(式中ke為總反應(yīng)的速率常數(shù),kc為化學(xué)動力學(xué)的速率常數(shù),c為經(jīng)驗常數(shù),ac為擴散開始的臨界固化度):

　　實驗結(jié)果表明,對于高溫?zé)峁绦詷渲w系已存在的動態(tài)和等溫固化唯像自催化模型方程同樣也適用于低溫冷固化環(huán)氧樹脂體系的擬合,但是需考慮與升溫速率相關(guān)的指前因子的修訂和擴散控制的存在,低溫等溫固化考慮擴散修正后的數(shù)據(jù)擬合效果更接近于原始實驗數(shù)據(jù),同樣與升溫速率相關(guān)的指前因子經(jīng)修正后,其擬合的效果也更接近于原始實驗數(shù)據(jù)。

　　文章來自：中國膠粘劑網(wǎng)

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