噁唑烷酮類聚合物擁有良好的物理機(jī)械性能、熱性能及絕緣性。環(huán)氧樹脂作為廣泛應(yīng)用的熱固性樹脂，耐熱性差、脆性大，將噁唑烷酮環(huán)引入環(huán)氧樹脂中，獲得能夠應(yīng)用于高性能復(fù)合材料領(lǐng)域、高強(qiáng)高韌的樹脂，具有廣闊實用前景。異氰酸酯與環(huán)氧樹脂若直接反應(yīng)，存在凝膠效應(yīng)，在溶液中反應(yīng)，殘留溶劑對其應(yīng)用有不良影響。本論文提出了新穎的方法合成目標(biāo)產(chǎn)物，即將異氰酸酯活潑基團(tuán)封閉，使其在高溫下解封閉后再與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，獲得噁唑烷酮環(huán)氧樹脂。
研究了兩步法合成噁唑烷酮環(huán)氧樹脂，首先制備了己內(nèi)酰胺封閉的異氰酸酯，明確了封閉反應(yīng)進(jìn)行的最佳條件:己內(nèi)酰胺與異氰酸酯按照2.2∶1的配比，80℃反應(yīng)5h，二月桂酸二丁基錫為催化劑。其次，詳細(xì)考察了封閉異氰酸酯與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)時間、原料配比、催化劑對合成產(chǎn)物的影響，制備出一系列結(jié)構(gòu)不同的改性樹脂。紅外既核磁分析明確了合成樹脂分子鏈中均含有噁唑烷酮五元雜環(huán)，不含有其它副產(chǎn)物，端基為環(huán)氧基團(tuán)。經(jīng)交聯(lián)所得樹脂固化物顯示了提高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(164℃)，以及改善的力學(xué)性能，但合成樹脂常溫下難以流動，在高溫下加熱才可變軟，使用不便。
為改善樹脂體系的韌性及粘度，獲得強(qiáng)度與韌性兼?zhèn)?，粘度適中的樹脂基體，本論文繼續(xù)探索，采用混合環(huán)氧樹脂作為反應(yīng)原料，即將乙二醇二縮水甘油醚與雙酚A環(huán)氧樹脂按照不同比例混合，再將混合樹脂與封閉異氰酸酯反應(yīng)。噁唑烷酮環(huán)的存在可改善材料強(qiáng)度，脂肪族環(huán)氧的長鏈結(jié)構(gòu)具有柔性。研究了脂肪族環(huán)氧樹脂加入量及環(huán)氧樹脂與異氰酸酯改性比對產(chǎn)物性能的影響。結(jié)果表明，低改性比和稀釋劑可有效降低噁唑烷酮改性環(huán)氧樹脂體系粘度，改性比為4∶1時，固化物拉伸及彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到75.4MPa和158.2MPa，比環(huán)氧樹脂固化物提高了64%和57%，斷裂延伸率和沖擊強(qiáng)度也有較大提高，具有高強(qiáng)高韌的特點。改性樹脂Tg與純環(huán)氧樹脂固化物耐熱性相當(dāng)。
噁唑烷酮環(huán)與異氰脲酸酯環(huán)的存在可改善材料的熱性能，本論文使用環(huán)氧樹脂和液化異氰酸酯(C-MDI)制備了異氰脲酸酯-噁唑烷酮聚合物，分子鏈中含有的大量苯環(huán)、噁唑烷酮環(huán)及異氰脲酸酯環(huán)賦予材料出色的熱性能，Tg可達(dá)到205℃，熱穩(wěn)定性好。材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度及沖擊性能與環(huán)氧樹脂固化物相當(dāng)。證實了噁唑烷酮類聚合物還可以作為耐熱材料使用，有良好的應(yīng)用前景。
