苯基双胍衍生物的合成机理及其固化环氧树脂的动力学研究

作     者：杜小弟 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭丽萍

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：单组分环氧树脂 潜伏性固化剂 苯基双肌 改性双氰胺 动力学与机理 

摘      要：单组分环氧树脂性能优良，在众多领域有广阔的应用前景。 本文以芳香胺类对双氰胺进行改性，制备了一系列双胍类潜伏性固化剂，对其合成与固化反应都进行了详细的研究，内容包括： (1)通过芳香胺类与双氰胺加成反应合成了苯基双胍和7种苯基双胍衍生物。通过红外光谱对其结构进行了表征，测定了它们的纯度以及熔点和溶解度。 (2)研究了苯胺及其衍生物与双氰胺加成反应的动力学。测定了反应级数和酸度对反应速率的影响。在此基础上提出苯胺与双氰胺亲核加成的反应的机理，由该机理导出了反应的速率方程，其形式与实验结果一致，并且该方程的推论与实验结果很接近。同时还发现在苯基双胍及其衍生物的合成过程中会发生双氰胺水解生成咪基脲的副反应，其水解的趋势随酸度的增高而变明显。 (3)根据主反应与副反应的机理对合成工艺与条件进行了优化，在较短的时间内获得了比传统方法更高的产率。 (4)理论分析表明，理想的潜伏性固化剂在反应动力学特征上表现为：具有较高的固化反应活化能和较高的表观频率因子;或者是其固化反应活化能随温度的降低而明显变大。 (5)将苯基双胍及其衍生物与环氧树脂配制成单组分树脂体系，测定各体系固化反应的活化能和表观频率因子，考查了各体系的储存适用期和固化反应活性。实验结果与前述理论分析一致，并且筛选出对乙酰基苯双胍是较好的潜伏性固化剂，其固化温度约为120℃，在40℃时适用期可达30天。同时还考查了影响固化反应动力学参数的因素，并结合化学反应速率的碰撞理论和过渡态理论对上述变化规律进行了解释。 (6)对苯基双胍及其及其衍生物固化环氧树脂的机理进行了讨论。体系的固化反应主要包括氨基对环氧树脂的加成与羟基对环氧基的加成两部分。氨基加成反应较快;羟基加成反应较慢，在固化后期才比较明显，但其作用不可忽视。红外光谱及力学性能测试的结果对上述机理提供了支持。