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咪唑封闭异氰酸酯潜伏型固化剂的合成及其固化性能研究

摘要

环氧树脂由于其优异性能被广泛应用于各个领域。在环氧体系中，固化剂对热固性

环氧树脂的性能起决定性作用。热潜伏型固化剂在加热到一定温度后可以与环氧树脂开

环活化，快速地将环氧树脂交联成体型网状结构。咪唑类化合物因其固有的高反应性在

，

环氧树脂固化过程中广泛使用但是仍存在着制备成本高、工艺复杂、所制备的固化剂

稳定性差、固化温度高等缺点。因此，需要开发合成简单且稳定性优良的咪唑类衍生物

应用于环氧树脂固化领域，从而提高环氧树脂潜伏性能。

IA2-2MI1-

本文以五种不同结构异氰酸酯（）为改性剂，分别对甲基咪唑（）和氨

基-3-丙基咪唑（N3AI）进行化学改性，合成出2-甲基咪唑封闭异氰酸酯（IA-2MI）和

1-氨基-3-丙基咪唑封闭异氰酸酯（IA-N3AI）相关的十种咪唑衍生物（IA-I）。然后将这

DCD/E-51DSC

十种产物分别用作双氰胺（）环氧树脂（）的固化反应促进剂。通过测

试固化性能与固化动力学分析得出固化剂最佳用量、促进剂最佳用量、体系最佳固化温

度、反应活化能、反应级数、不同升温速率下固化度与温度关系。通过粘度变化、恒温

DSC测试、官能团消除变化，探究了潜伏性。通过拉伸实验、弯曲实验、抗冲击实验测

试了力学性能。

对于IA-2MI/E-51体系，固化剂最佳用量为5wt%，体系起始固化温度约为90℃，

为中温固化剂，其中PPDI-2MI/E-51体系潜伏性最佳，可达28d，在高温130℃的条件

下，所有体系均可在15min内迅速固化。将IA-2MI作为DCD/E-51的固化反应促进剂

时，促进剂最佳用量为3wt%，较未填加促进剂相比，体系固化温度降低40~70℃，起

始固化温度约为92℃，其中PPDI-2MI/DCD/E-51体系潜伏期可达31d，在140℃的条

件下，所有体系均可在20min内迅速固化。对IA-N3AI/E-51体系，体系最佳固化剂含

量为5wt%，起始固化温度约为89℃，其中PPDI-N3AI/E51潜伏期为26d。IA-N3AI作

为DCD/E-51的固化反应促进剂时，体系固化温度降低60℃左右，体系起始固化温度约

为92℃，其中PPDI-N3AI/DCD/E51潜伏期为26d。本论文通过异氰酸酯结构对咪唑进

行改性，为合成咪唑基潜伏型固化剂提供了可行的方法，对用于高性能领域的单组分环

氧树脂体系提供了新的策略，将具有广泛的工业应用前景。

关键词：环氧树脂；咪唑封闭异氰酸酯；潜伏型固化剂；固化反应促进剂

I

咪唑封闭异氰酸酯潜伏型固化剂的合成及其固化性能研究

ABSTRACT

Epoxyresiniswidelyusedinvariousfieldsduetoitsexcellentperformance.Inepoxy

systems,curingagentsplayadecisiveroleintheperformanceofthermosettingepoxyresins.

Afterheatingtoacertaintemperature,thethermallatentcuringagentcanactivatetheepoxy

resinbyopeningthering,quicklycross-linkingtheepoxyresinintoanetworkstructure.

Imidazolecompoundsarewidelyusedinthecuringprocessofepoxyresinsduetotheir

inherent