【行业资料】固化剂如何影响环氧树脂玻璃化温度Tg

    不同固化剂对环氧树脂玻璃化温度(Tg)影响如何？最近，湖南大学化学化工学院高分子研究所提出了一个分子动态模拟方法研究环氧树脂玻璃化转变温度(Tg)随固化剂结构变化。他们首先建立了固化环氧树脂的一些简单分子模型，然后是一个分子动态模拟(MD)被重复执行。用模拟得到的数据作V-T关系曲线，用曲线上的转折点确定Tg的值。该模拟值与计算值有很好的吻合，尽管与实验值有较大的偏差，固化剂对Tg的影响可以用MD模拟定性得到。所提出的方法对于开发具有提高固化效果的固化剂有潜在的意义。

    玻璃化转变温度(Tg)决定了处理和应用环氧树脂类热固性树脂材料的温度范围，对于理解力学性能和其他的性能很有帮助，是这些材料重要的性能之一。因此在设计合成具有所需性能的新材料之前预测Tg很有应用价值。对于固化的环氧树脂玻璃化温度已有许多的预测方法，归纳起来，有L.E.Nielsen和DiMarzio提出的经验方程，以及Porter的基团贡献模型化方法、Bicerano的连接指数方法等半经验方法，此外分子模拟的方法也是可选的方法。与上面提及的几种方法相比，详细的原子模拟可以提供机理或原理方面的信息；从长远来看是非常具有吸引力的。然而这些模拟为了获得有实际有用的结果通常需要消耗昂贵的机时；还不适合于固化环氧系统的研究。

    湖南大学这一课题的目的是提出一个简单可行的方法，用以预测不同固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变温度。该方法包含2个步骤：构建分子模型和操作分子模拟。通过比较模拟结果与计算或实验结果来检验该方法。然后考察固化剂对相应的固化环氧树脂的热固性树脂影响。实际应用的环氧系统通常包含如下几种主要的成分：环氧树脂，固化剂，颜料，溶剂以及其他的添加剂。然而在本研究中环氧系统只局限于树脂组分和固化剂组分，此两者在实际应用中是不可缺少的。所选的树脂组分为单一双酚A二缩水甘油酯(DGEBA)，而固化剂组分分别为二(4-氨苯基)砜(DDS)和间二苯胺(PDA))，这些都是环氧系统中常用的物质，并且相应的固化环氧树脂实验数据可得。因此本工作代表了初步的研究，进一步的研究将包含其他主要组分更为实际的模型。

    通过固化环氧系统的分子模型、玻璃化转变温度的分子动态模拟建立后，对2个环氧系统模拟得到的数据集作V-T曲线，在Tg上下的数据点近似为一直线，玻璃化转变温度被确定为曲线的拐点，在该点对应的温度时系统的体积发生剧烈的变化。结果与计算值和实验值相比较很明显，分子动态模拟的结果与QSPR预测值吻合得很好，但与实验值有较大的偏离。这2种方法得到的结果与实验结果有较大偏差，可能主要是由于化学结构的交联效应不能忽略。采用MD模拟固化环氧树脂的简单模型预测了其玻璃化转变温度。模拟中获得一些引起玻璃化转变的机理方面的知识。这个方法可以用来预测不同结构固化剂对Tg的影响。在开发新的环氧固化剂时，模拟之前进行QSAR预测可以节省时间。为了预测Tg的绝对值还需要进一步研究。