聚氨酯改性环氧树脂研究进展

孙鹏宇，李成帅，高 杰，郝洳杉，王百忍，郑有品

(中国石油大学胜利学院，山东 东营 257061)

1 引言

环氧树脂(Epoxy resin)是常用的热固性树脂，其结构中有多种功能性官能团，分子量较低，属于低聚物，因环氧树脂预聚体合成简便、原料价格低廉、来源广泛极易被改性等优点，一经发现而被广泛关注。环氧树脂在胶粘剂、半导体材料、复合材料等众多领域得到了广泛应用[1-4]。未固化的环氧树脂本身没有太多实用价值，需要将其进行固化处理形成三维网络结构[5]。目前常用的固化剂可分为酚醛类、胺类和酸酐类等[6]。但是固化后的环氧树脂存在韧性差、脆性强等问题，限制了其应用[7]，从20世纪60年代起，研究主要集中在环氧树脂增韧改性[8]。

2 增韧改性方法

目前增韧改性方法有：互穿网络聚合物增韧[9-10]、橡胶类弹性体增韧[11]、高性能热塑性聚合物增韧[12-13]、热致液晶聚合物增韧[14]、核壳聚合物增韧[15]、纳米粒子增韧[16-17]等。

2.1 互穿网络聚合物增韧

互穿聚合物网络增韧改性研究历史悠久，最早可追溯到20世纪80年代。利用互穿网络聚合物增韧环氧树脂，改性后的环氧树脂不仅具有韧性效果好的特点，其在力学性能和耐热性能上也不会受到影响，并且在实验中也未发现改性后的环氧树脂出现其他性能方面的问题。

2.2 橡胶类弹性体增韧

橡胶的分子量、添加量、结构、混合工艺等[18-22]会影响到增韧效果，所以实际操作起来各种因素相互制约很难达到理想状态。研究时需要在特定条件下实验，对于技术、仪器要求较高，研究较困难。此方法增韧效果显著。

2.3 高性能热塑性聚合物增韧

常用的聚合物有聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、端羟基聚二甲基硅氧烷[23]、聚氨酯改性[24]、聚醋酸乙烯酯(PVAc)等[25]。其中PEI和PES价格昂贵，但改性后的环氧树脂耐热性突出，适用于对于耐热性要求较高的领域，相应的PEEK和PVAc改性后环氧树脂耐热性较弱但价格便宜，多用于对于耐热性要求不高的领域。

2.4 热致液晶聚合物增韧

液晶聚合物包括热致液晶聚合物和溶致液晶聚合物，由于溶致液晶聚合物仅能在极强极性溶剂中溶解，不能像热致液晶聚合物一样在高温下熔融，所以在改性中多采用热致液晶聚合物改性[26]。这种改性环氧树脂具有增韧效果好、耐热和力学性能[27]不受影响的优点，但其价格昂贵、熔点较高，因此在实际生产应用中较少使用。

2.5 其他增韧改性环氧树脂方法

核壳聚合物增韧方法也是目前常见的方法，其增韧效果好、粘度大、耐热等性能良好。无机纳米粒子增韧方法可显著提高环氧树脂耐热性并且大幅度降低了成本，但无机纳米材料在环氧树脂中分散性差，一般需要加入稀释剂或对粒子进性表面改性，实现较好分散[28]。

3 总结与展望

经多次查看中外文献，我们归纳总结了目前国内外常用的环氧树脂增韧改性方案的优缺点。每种改性方法都有优缺点，应用都受到限制。聚氨酯作为一种常见的聚合物，在改变材料性能方面有着很大的优势。从以上分析中可得出，聚氨酯改性环氧树脂相较于其他几种方法，其优点明确，缺点较少。在前期试验曾采用以甲苯二异氰酸和聚丙二醇等为原料对普通的环氧树脂进行改性研究，并通过红外光谱检测、SEM、热重分析和流变性等方式考察环氧树脂耐热性、韧性等方面的改变[29]。研究结果表明，我们本次实验研究获得了成功，改性后的环氧树脂符合我们预期的结果。