耐高温环氧树脂的合成及其在石墨烯防腐材料中的应用

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环氧树脂作为一种热固性树脂,具有杰出的黏附性、优异的耐候性、良好的力学性能,使环氧树脂广泛应用在涂料、微电子、胶粘剂、航空航天等领域。然而环氧树脂的耐温性能差,通常会导致电子器件的损坏,影响电路的正常工作。传统的耐热剂虽然可以提高环氧树脂的耐热性能,但耐热剂与环氧树脂的相容性差,导致环氧树脂的力学性能和玻璃化温度降低。本论文通过二氮双酚芴与二苯基二氯硅烷、环氧氯丙烷反应,合成一种耐高温环氧树脂(DEPFS)。通过调整DEPFS与E-51环氧树脂的配比,固化得到耐高温、高玻璃化温度、增强增韧的环氧树脂体系(E-51-DEPFS)。首先,由邻菲啰啉通过高锰酸钾的氧化合成二氮芴酮,二氮芴酮与苯酚反应制备二氮双酚芴,二氮双酚芴与二苯基二氯硅烷发生亲核取代反应,得到二苯基二(9,9-2-(4-羟基苯基)-4,5-二氮芴硅氧烷),再与环氧氯丙烷发生开闭环反应,得到一种新型的耐高温环氧树脂—二苯基二(9,9-2-(4-(2,3-环氧丙基)苯基)-4,5-二氮芴硅氧烷)(DEPFS)。其次,将不同比例的DEPFS加入到E-51环氧树脂中,固化后形成混合环氧树脂(E-51-DEPFS)。研究了DEPFS的含量对E-51环氧树脂的耐温性能、玻璃化温度、力学性能等的影响。结果表明,随着DEPFS含量的增加,E-51-DEPFS环氧树脂在800 ℃下的残炭量达到24.8%、玻璃化温度达到187 ℃、拉伸强度和模量分别达到77.37 MPa、1507.71 MPa、断裂伸长率高达8.26%,而纯E-51环氧树脂在800 ℃下的残炭量仅为11.2%、玻璃化温度为153 ℃、拉伸强度和模量分别为32.28 MPa、766.13 MPa、断裂伸长率仅为6.04%。结果表明,含有二氮芴基和硅基的DEPFS是一种反应型的环氧树脂,既可以提高E-51环氧树脂的耐温性能、玻璃化温度,又同时对E-51环氧树脂有增强增韧的作用。最后,在E-51-30%DEPFS环氧树脂中添加不同类型的石墨烯,探索了石墨烯粉料、石墨烯浆料以及氧化石墨烯对E-51-30%DEPFS环氧树脂防腐性能的影响。结果表明,当添加相同量的石墨烯时,添加石墨烯浆料的E-51-30%DEPFS环氧树脂的防腐性能最好。此外,添加0.5 wt%的石墨烯浆料,在浸泡168 h后,E-51-30%DEPFS环氧树脂涂料的附着力和电阻值高达6.08 N cm-2、5.3×103W,说明石墨烯浆料可以显著提高E-51-30%DEPFS的防腐性能。
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