以o-(3)和m-碳硼烷双酚(4)为原料,经两步法合成了o-(1)和m-碳硼烷双酚二缩水甘油醚(2),FTIR、1H-NMR、GPC和环氧值测试都表明得到了预期结构的碳硼烷环氧树脂.固化反应动力学研究结果显示,1/DDS和2/DDS体系的反应活化能(Ea)分别为79.0和67.1 k J·mol-1,比E-51/DDS略高,说明碳硼烷结构的存在降低了环氧树脂的反应活性.以Ea结果为依据,确定了1(2)/DDS体系的固化工艺为180℃/2h+200℃/2h.热分析结果表明,以DDS为固化剂时,1和2的Tg分别为175.8和167.6℃,高于TDE-85的154.1℃.TGA结果表明,2/DDS固化物在空气气氛下700℃的残炭率高达78.7%,说明碳硼烷结构的存在极大提高了环氧树脂高温稳定性.碳硼烷环氧树脂空气气氛中的高温残炭率比氮气中高,原因是碳硼烷结构中的B-H键与空气中的氧气反应生成B—O—B结构,因而提高了残炭率,并在一定程度上延缓了体系的失重.
利用非等温DSC对o-碳硼烷双酚环氧树脂/4,4′-二苯砜二胺(DDS)以及m-碳硼烷双酚环氧树脂/DDS体系的固化反应过程进行了研究,并根据Kissinger方法求得体系固化反应的活化能分别为79.0和67.1 k J/mol,与E-51/DDS体系相比活化能较大,这归因于碳硼烷基团的大体积对环氧基团产生的位阻效应。根据Crane等方法计算得到体系固化反应级数分别为0.90和0.89。同时采用傅里叶红外光谱仪研究了碳硼烷环氧/DDS体系的等温固化反应,确定该体系的最佳固化条件为:180℃/2 h+200℃/2 h。
