固化劑對環氧樹脂Tg影響4

    通過建立固化環氧樹脂的一些簡單分子模型,而研究環氧樹脂玻璃化轉變溫度(Tg)隨固化劑結構變化的研究中,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。環氧樹脂行業協會專家介紹說,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。
    這些方法都基于一個共同的事實:在Tg附近,分子系統的某些性質產生突變。模擬與理論方法的微小差別在于模擬方法考察了分子系統更為詳細的分子構象信息,而理論方法只與分子系統的一級結構相關。利用這一點,在MD模擬之前進行QSPR的計算可以縮小溫度考察的范圍從而大大節省機時。另外,分子模擬方法考察了分子內和分子間的詳細相互作用,對于QSPR相同的初始模型將給出更準確的結果。這2種方法得到的結果與實驗結果有較大偏差,這可能主要是由于化學結構的交聯效應不能忽略,可能的原因還有:模型分子使用了較低的分子質量;模擬過程與速率相比實驗更快,這是因為計算資源的限制。Tg隨固化劑結構變化的趨勢在可接受的范圍之內仍可被準確地預測(TgDGEBA-DDS>TgDGEBA-PDA)。
    這可以認為交聯效果對于研究的2種固化物是相等的――環氧樹脂行業協會專家說:而且化學結構的剛性以及分子間的相互作用對Tg的效果可以用自由體積理論和分子的運動得到解釋]。環氧樹脂行業協會專家表示,另外既然化學結構和交聯的效果不能忽略,環氧樹脂的分子結構模型的合理性在MD模擬和QSPR計算中顯得特別地重要。為了獲得Tg的絕對值,提出一個更接近于實際情況的分子模型非常必要。這方面的工作將在以后的工作中陸續報道。
 表1 2種環氧固化體系的玻璃化溫度(K)
             MD模擬QSPR  計算   實驗值
 DGEBA-DDS   412         410     493
 DGEBA-PDA   406         401     451
    四、結論   
    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。環氧樹脂行業協會專家稱,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。但是為了預測Tg的絕對值,還需要進一步的研究。