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环氧树脂本身为线型结构,需要加入固化剂完全固化后才能表现出优异的性能。木质素分子中的羟基可以参与环氧树脂的固化,苯环结构可以增加环氧树脂的耐热性,具备作为环氧树脂固化剂的潜力,但是木质素本身是大分子,其结构较复杂使得其利用率较低。因此,本文采用价格便宜、来源广泛的氯化胆碱(ChCl)和尿素(U)为原料制备低共熔溶剂(ChCl/U),用其改性酶解木质素(CEL)后不经分离直接用作环氧树脂的固化剂(ChCl/U-CEL),探讨其对环氧树脂(E-51)的固化动力学参数、固化性能的影响、固化反应机理以及促进剂(DMP-30)加量对ChCl/U-CEL/E-51/DMP-30固化体系性能的影响,旨在开发一种无毒、无污染、制造过程简单、粘度低、操作性和使用性优良的环氧树脂固化剂,既降低环氧树脂的使用成本,又可减少资源浪费、减少环境污染。具体内容如下:(1)ChCl/U的合成时间随合成温度的升高而降低,温度超过55℃,合成时间趋于平稳约10min;ChCl/U阴、阳离子的结合方式是尿素中—NH2上的活泼H与氯化胆碱中的游离Cl-形成N—H┄Cl氢键结合及尿素—C=O中的O和氯化胆碱—OH中的活泼H形成O—H┄O氢键结合。(2)用ChCl/U处理木质素,得到ChCl/U-CEL可以不经分离直接作为环氧树脂固化剂,其最佳处理时间为6h、温度为90℃,CEL加量为ChCl/U质量的3%;通过对ChCl/U改性前后木质素的紫外光谱、红外光谱、热稳定性分析比较,发现CEL能很好的溶解在ChCl/U中,且ChCl/U-CEL的热稳定性较好。(3)用非等温法n级动力学模型求得ChCl/U-CEL固化E-51的n级固化动力学方程,并通过外推法和拉伸性能的验证确定了ChCl/U-CEL固化E-51的最佳工艺为:140℃预固化2h后升温至160℃后固化2h(140℃/2h+160℃/2h)。(4)对比采用自制环氧树脂固化剂ChCl/U-CEL与市售的固化剂PA650和DDS固化E-51后的固化树脂性能可知:(1)自制的环氧树脂固化剂ChCl/U-CEL具有无毒、原料易得、来源广泛、制备过程简单、价格便宜和可操作性强等优点;(2)对固化产物断裂面的表面形貌观察可以发现ChCl/U-CEL/E-51和DDS/E-51的断裂为韧性断裂,PA650/E-51的断裂为脆性断裂;(3)ChCl/U-CEL/E-51固化物的拉伸强度达到55.2MPa,其受热分解的初始温度为340℃,玻璃化转变温度高达到124℃,明显优于对照组PA650/E-51树脂的性能(拉伸强度42.4MPa、受热初始分解温度310℃、玻璃化转变温度70℃)。(5)通过加入促进剂2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)对固化体系的凝胶时间以及固化物的拉伸强度和耐热性的研究,发现DMP-30能明显促进环氧树脂E-51的固化,使ChCl/U-CEL/E-51体系的固化工艺从(140℃/2h+160℃/2h)降至(80℃/0.5h+100℃/3h);当促进剂加入量为46%时,ChCl/U-CEL/E-51/DMP-30固化树脂的玻璃化转变温度比对照组PA650/E-51的均高出73.4%以上。