不同
固化劑對
環(huán)氧樹脂玻璃化溫度(Tg)影響如何？最近，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子研究所提出了一個(gè)分子動(dòng)態(tài)模擬方法研究環(huán)氧
樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)隨
固化劑結(jié)構(gòu)變化。他們首先建立了固化環(huán)氧樹脂的一些簡單分子模型，然后是一個(gè)分子動(dòng)態(tài)模擬(MD)被重復(fù)執(zhí)行。用模擬得到的數(shù)據(jù)作V-T關(guān)系曲線，用曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)確定Tg的值。該模擬值與計(jì)算值有很好的吻合，盡管與實(shí)驗(yàn)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(fā)具有提高固化效果的固化劑有潛在的意義。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)決定了處理和應(yīng)用環(huán)氧樹脂類
熱固性樹脂材料的溫度范圍，對于理解
力學(xué)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(shè)計(jì)合成具有所需性能的
新材料之前預(yù)測Tg很有應(yīng)用價(jià)值。對于固化的環(huán)氧樹脂玻璃化溫度已有許多的預(yù)測方法，歸納起來，有L.E.Nielsen和DiMarzio提出的經(jīng)驗(yàn)方程，以及Porter的基團(tuán)貢獻(xiàn)模型化方法、Bicerano的連接指數(shù)方法等半經(jīng)驗(yàn)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(xì)的原子模擬可以提供機(jī)理或原理方面的信息；從長遠(yuǎn)來看是非常具有吸引力的。然而這些模擬為了獲得有實(shí)際有用的結(jié)果通常需要消耗昂貴的機(jī)時(shí)；還不適合于固化環(huán)氧系統(tǒng)的研究。
湖南大學(xué)這一課題的目的是提出一個(gè)簡單可行的方法，用以預(yù)測不同固化劑固化的環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。該方法包含2個(gè)步驟：構(gòu)建分子模型和操作分子模擬。通過比較模擬結(jié)果與計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果來檢驗(yàn)該方法。然后考察固化劑對相應(yīng)的固化環(huán)氧樹脂的熱固性樹脂影響。實(shí)際應(yīng)用的環(huán)氧系統(tǒng)通常包含如下幾種主要的成分：環(huán)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(huán)氧系統(tǒng)只局限于樹脂組分和固化劑組分，此兩者在實(shí)際應(yīng)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(huán)氧系統(tǒng)中常用的物質(zhì)，并且相應(yīng)的固化環(huán)氧樹脂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得。因此本工作代表了初步的研究，進(jìn)一步的研究將包含其他主要組分更為實(shí)際的模型。
通過固化環(huán)氧系統(tǒng)的分子模型、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的分子動(dòng)態(tài)模擬建立后，對2個(gè)環(huán)氧系統(tǒng)模擬得到的數(shù)據(jù)集作V-T曲線，在Tg上下的數(shù)據(jù)點(diǎn)近似為一直線，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度被確定為曲線的拐點(diǎn)，在該點(diǎn)對應(yīng)的溫度時(shí)系統(tǒng)的體積發(fā)生劇烈的變化。結(jié)果與計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值相比較很明顯，分子動(dòng)態(tài)模擬的結(jié)果與QSPR預(yù)測值吻合得很好，但與實(shí)驗(yàn)值有較大的偏離。這2種方法得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大偏差，可能主要是由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)效應(yīng)不能忽略。采用MD模擬固化環(huán)氧樹脂的簡單模型預(yù)測了其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。模擬中獲得一些引起玻璃化轉(zhuǎn)變的機(jī)理方面的知識(shí)。這個(gè)方法可以用來預(yù)測不同結(jié)構(gòu)固化劑對Tg的影響。在開發(fā)新的
環(huán)氧固化劑時(shí)，模擬之前進(jìn)行QSAR預(yù)測可以節(jié)省時(shí)間。為了預(yù)測Tg的絕對值還需要進(jìn)一步研究。
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