【地方动态】南京低共熔点芳胺固化环氧力学研究深入

    最近南京工业大学化学化工学院采用低熔点的间苯二胺(m-PDA)，对新型固化剂长链柔性芳香胺(LCDA)进行物理共混改性，得到了低共熔点的芳胺环氧固化剂。n(m-PDA)：n(LCDA)=1：1时，混合物具有低共熔温度为50.9℃，科研人员研究了该低共熔点芳胺与环氧树脂(E-51)的固化行为，根据Melak方法和Kissinger方法，确定了体系的固化动力学模型及固化动力学参数。结果表明：该体系的固化动力学模型符合n级固化反应方程，其表观活化能△E为54.49kJ/mol，频率因子A为7.28×105和反应级数n为0.813。此外运用外推法得体系起始固化温度Tgel为110℃，在众多的环氧固化剂中芳香胺固化剂，因其固化物具有优异的力学性能，和高热变形温度而受到广泛重视。
    但大部分芳香胺固化剂常温下为固态且熔点较高，必须加热熔化后才能与环氧树脂相混，操作复杂、工艺性差，须对高熔点芳香胺固化剂改性，以获得工艺性良好的低熔点芳香胺固化剂。为此，陈红宇等人曾通过物理共混方法，制得了以间苯二胺(m-PDA)，对对二氨基二苯甲烷(DDM)和3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯甲烷(MOcA)共混的三元低共熔固化剂；王斌等人开发了以DDM与二甲巯基甲苯二氨(DADMT)共混的低熔点二元共混物，此低熔点芳胺可延长树脂体系的使用期并提高其力学性能；南工大利用间苯二胺改性一种新合成的分子质量相对较大的长链柔性芳胺(LCDA)，以形成低共熔固化剂，并用此低共熔物来固化环氧树脂，研究其固化行为、确定动力学模型、求取动力学参数，并对体系的固化工艺进行初步探讨。

    关于LCDA和m-PDA低共熔配比的确定，数据表明LCDA：m-PDA=1：1为低共熔配比，其熔化温度为50.9℃；关于活化能的确定，鉴于曲线整体的趋势是一致的，都存在固化反应放热峰且均为单峰，说明该体系固化反应为放热反应且一步完成。因此新型长链柔性芳香胺与间苯二胺，按质量比1：1组成的混合物具有最低共熔温度，其熔融温度为50.9℃，用此低共熔芳胺固化环氧树脂，根据Melak方法和Kissinger方法确定了体系的固化动力学模型为n级反应固化动力学模型，表观活化能△E为54.489 kJ/mol，频率因子A为7.28×105及反应级数n为0.813。此外，运用外延法得到体系的起始固化温度Tgel为110℃，恒温固化温度Tcure为150℃以及后处理温Ttreat为185℃，为体系固化工艺的确定提供了科学依据。