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环氧树脂因具有优良的性能被广泛应用于各种领域。环氧树脂一般具有较高的粘度,在应用过程需加入稀释剂来降低粘度以方便施工并得到更加均匀的涂层。腰果酚缩水甘油醚(CGE)是一种分子结构中含有苯环和长不饱和C15脂肪烃链的环氧化合物。其沸点较高、粘度较低且不溶于水,常被用作环氧树脂增韧稀释剂。
本文以天然产物腰果酚、环氧氯丙烷为原料;苄基三乙基氯化铵(TEBA)为催化剂;氢氧化钠为闭环剂合成了CGE,并对产物进行结构表征。通过单因素实验考察反应温度、反应时间、物料配比和催化剂用量对产率的影响。确定CGE的较优合成工艺为:n(腰果酚)∶n(环氧氯丙烷)∶n(NaOH)=1∶6∶3,催化剂用量为腰果酚质量的2%,反应温度70℃,反应时间10h,此时CGE的产率为89.1%。
常压下,通过比重瓶法和乌氏粘度计法测定了CGE在278.15-313.15K的密度和粘度。对测定数据进行拟合,得到其密度和粘度与温度的关系式分别为:p=-0.695T+1180.644和μ=187.72-46.155ln(T-274.8)。利用旋转粘度计研究了CGE对环氧树脂的稀释效果。实验结果表明随着CGE添加量从0%到30%,环氧树脂的粘度从44000mPa·s降至2000mPa·s左右,说明CGE对环氧树脂有着良好的稀释效果。
通过测定CGE/E-44固化体系凝胶时间确定了固化体系的固化实验条件和适用期。分别以乙二胺、三乙烯四胺(TETA)、二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂,固化体系的固化条件相应为40℃固化2h、40℃固化2.5h、120℃固化1h;固化体系在20℃的适用期相应为3h、4h、24h。通过Arrhenius方程得到各固化体系在不同CGE添加量下的固化表观活化能。
对分别以乙二胺、TETA、DDM为固化剂的CGE/E-44固化物进行性能测试。实验结果表明随着CGE的用量从0%增加到30%,固化物的断裂伸长率相应地从0.97%升至4.78%、3.11%升至5.93%、3.94%升至8.02%。铅笔硬度相应地从4H增至6H、5H增至7H、5H增至7H。
对CGE/E-44固化物进行耐溶剂性测定,选取的溶剂为水、乙醇、丙酮和乙酸乙酯。实验结果表明加入CGE后,固化物的耐水性几乎不变。但是在乙醇、丙酮和乙酸乙酯中固化物发生了不同程度的溶胀或溶解现象。固化物在四种溶剂中的稳定性大小顺序为:水>乙醇>丙酮>乙酸乙酯。
对以TETA为固化剂,CGE添加量为20%的环氧树脂固化物进行热分解动力学研究。采用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Kissinger微分法和Starink微分法得到固化物的分解表观活化能分别为:149.94kJ/mol、153.89kJ/mol和153.89kJ/mol。通过Kissinger微分法求得固化物热分解指前因子A=4.7844×1010min-1。三种方法的结果相差不大,其中Starink微分法的相关系数最大,相对误差最小。通过Crane公式求出固化物的热分解反应级数,得到固化物的热分解反应为拟一级反应。