固化劑如何影響環氧樹脂玻璃化溫度Tg

　　不同固化劑對環氧樹脂玻璃化溫度(Tg)影響如何？最近，湖南大學化學化工學院高分子研究所提出了一個分子動態模擬方法研究環氧樹脂玻璃化轉變溫度(Tg)隨固化劑結構變化。他們首先建立了固化環氧樹脂的一些簡單分子模型，然后是一個分子動態模擬(MD)被重復執行。用模擬得到的數據作V-T關系曲線，用曲線上的轉折點確定Tg的值。該模擬值與計算值有很好的吻合，盡管與實驗值有較大的偏差，固化劑對Tg的影響可以用MD模擬定性得到。所提出的方法對于開發具有提高固化效果的固化劑有潛在的意義。


　　玻璃化轉變溫度(Tg)決定了處理和應用環氧樹脂類熱固性樹脂材料的溫度范圍，對于理解力學性能和其他的性能很有幫助，是這些材料重要的性能之一。因此在設計合成具有所需性能的新材料之前預測Tg很有應用價值。對于固化的環氧樹脂玻璃化溫度已有許多的預測方法，歸納起來，有L.E.Nielsen和DiMarzio提出的經驗方程，以及Porter的基團貢獻模型化方法、Bicerano的連接指數方法等半經驗方法，此外分子模擬的方法也是可選的方法。與上面提及的幾種方法相比，詳細的原子模擬可以提供機理或原理方面的信息；從長遠來看是非常具有吸引力的。然而這些模擬為了獲得有實際有用的結果通常需要消耗昂貴的機時；還不適合于固化環氧系統的研究。


　　湖南大學這一課題的目的是提出一個簡單可行的方法，用以預測不同固化劑固化的環氧樹脂的玻璃化轉變溫度。該方法包含2個步驟：構建分子模型和操作分子模擬。通過比較模擬結果與計算或實驗結果來檢驗該方法。然后考察固化劑對相應的固化環氧樹脂的熱固性樹脂影響。實際應用的環氧系統通常包含如下幾種主要的成分：環氧樹脂，固化劑，顏料，溶劑以及其他的添加劑。然而在本研究中環氧系統只局限于樹脂組分和固化劑組分，此兩者在實際應用中是不可缺少的。所選的樹脂組分為單一雙酚A二縮水甘油酯(DGEBA)，而固化劑組分分別為二(4-氨苯基)砜(DDS)和間二苯胺(PDA))，這些都是環氧系統中常用的物質，并且相應的固化環氧樹脂實驗數據可得。因此本工作代表了初步的研究，進一步的研究將包含其他主要組分更為實際的模型。


　　通過固化環氧系統的分子模型、玻璃化轉變溫度的分子動態模擬建立后，對2個環氧系統模擬得到的數據集作V-T曲線，在Tg上下的數據點近似為一直線，玻璃化轉變溫度被確定為曲線的拐點，在該點對應的溫度時系統的體積發生劇烈的變化。結果與計算值和實驗值相比較很明顯，分子動態模擬的結果與QSPR預測值吻合得很好，但與實驗值有較大的偏離。這2種方法得到的結果與實驗結果有較大偏差，可能主要是由于化學結構的交聯效應不能忽略。采用MD模擬固化環氧樹脂的簡單模型預測了其玻璃化轉變溫度。模擬中獲得一些引起玻璃化轉變的機理方面的知識。這個方法可以用來預測不同結構固化劑對Tg的影響。在開發新的環氧固化劑時，模擬之前進行QSAR預測可以節省時間。為了預測Tg的絕對值還需要進一步研究。

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