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摘 要

环氧树脂具有优异的光学性能，它作为光学材料具有广阔的应用前景。高分子光学玻璃的树脂材料主要具有耐冲击、比重小、自由成型以及加工便捷等诸多优点。因此高分子光学玻璃树脂的材料在工业上具有广泛的应用和发展前景。但是它的折射率在有些情况下无法满足使用的要求，因此本文对于环氧树脂折射率影响因素和改善途径进行探究。

本文简介了环氧树脂以及提高环氧树脂折射率的方法及研究进展，并以E-51环氧树脂和甲基六氢苯酐为主要原料，通过E-51树脂及固化剂提纯、聚硫醇和甲基六氢苯酐混合固化以及加入纳米无机填料二氧化钛三个途径进行配方设计，探究环氧树脂及固化剂纯度、固化剂种类、聚硫醇和甲基六氢苯酐混合比例以及纳米无机填料二氧化钛含量对于环氧树脂折射率的影响。

研究设计表明，配方9（E-51：甲基六氢苯酐：聚硫醇：TiO₂：钴紫：油溶蓝：BYK-141：四丁基溴化铵：抗氧剂626：UV-9=100：80：4：15：0.03：0.03：0.3：0.05：0.2：0.2）可以有效地提高环氧树脂折射率，借用混合密度公式预测其折射率可以达到1.65。同时，此配方降低了聚硫醇和二氧化钛的含量，降低了环氧树脂粘度，减少了对于环氧树脂工艺性、透明度的损害。

关键词：环氧树脂 折射率 甲基六氢苯酐 聚硫醇 二氧化钛

Abstract:

Epoxy resin has excellent optical properties, and it has a broad application prospect as an optical material. The resin material of polymer optical glass has many advantages, such as impact resistance, small specific gravity, free forming and convenient processing. So polymer optical glass resin materials in the industry has a wide range of applications and development prospects. However, its refractive index cannot meet the requirements of application in some cases. Therefore, this paper explores the factors affecting the refractive index of epoxy resin and the ways to improve it.

In this paper, the research progress of epoxy resin and the methods of increasing the refractive index of epoxy resin are introduced. E-51 epoxy resin and methylhexahydrophthalic anhydride were used as raw materials, purified by E-51 resin and curing agent、Polymercaptan and methyl hexahydrophthalic anhydride are mixed to cure and nano inorganic filler titanium dioxide was added three ways to design the formula. The effects of the purity of epoxy resin and curing agent, the type of curing agent, the mixing ratio of polymercaptan and methylhexahydrophthalic anhydride and the content of titanium dioxide on the refractive index of epoxy resin were investigated.

Study design show that the formula 9 (E - 51: methylhexahydrophthalic anhydride: poly mercaptan: TiO₂: cobalt violet, oil soluble blue: BYK - 141: tetrabutyl ammonium bromide, antioxidant 626: UV - 9 = 100, 80:4:15:0. 03:0. 03:0. 3-0. 05:0. 2-0. 2) epoxy resin can effectively increase the refractive index, borrow the mixture density formula to predict the refractive index can reach 1.65. At the same time, this formula reduces the content of polymercaptan and titanium dioxide, reduces the viscosity of epoxy resin, and reduces the damage to the process and transparency of epoxy resin.

Keywords: Epoxy resin Refractive index Methylhexahydrophthalic anhydride

Polymercaptan TiO₂

目录

第一章 绪论： 1

1.1光学材料简介 1

1.2环氧树脂简介 1

1.2.1环氧树脂定义 1

1.2.2环氧树脂特点 1

1.2.3环氧树脂分类 2

1.2.4环氧树脂固化剂 6

1.3课题研究意义 11

第二章 环氧树脂折射率研究进展 12

2.1分子设计理论 12

2.2环氧树脂折射率调控方法及其研究进展 12

第三章 实验方案设计 15

3.1树脂固化体系选择 15

3.1.1树脂选择 15

3.1.2固化剂选择 17

3.1.3促进剂选择 18

3.2树脂固化配方 20

3.3固化制度 22

第四章 性能测试和表征 22

4.1环氧树脂光学性能表征 23

4.1.1透光性能测试 23

4.1.2折光率测试 23

4.2力学性能测试 23

4.2.1表面硬度测定 23

4.2.2弯曲强度测定 23

4.2.3冲击强度测定 23

4.2.4拉伸强度测定 23

4.3热重分析 23

第五章 总结 25

第六章 展望 27

参考文献： 28

第一章 绪论

1.1光学材料简介

光学材料即用于传输各种光线的材料,其主要用于设计和制作各种光学电子元件。光学玻璃材料是目前各种光学材料中目前应用最广泛的一类,但是其易破裂、比重大,在设计和加工上也或多或少的都会存在一些缺陷。相比而言,高分子光学玻璃的树脂材料主要具有耐冲击、比重小、自由成型以及加工便捷等诸多优点。因此高分子光学玻璃树脂的材料在工业上具有广泛的应用和发展前景。

但是,传统的高分子聚合物光学树脂零件材料的折射率通常一般位于1.30到1.70之间,其折射率的数值远远低于普通光学树脂零件玻璃,也因此无法很好地满足高分子光学树脂零件材料广泛应用的技术要求。因此,为了有效实现高分子光学树脂零件材料的广泛应用,探究对聚合物光学树脂零件材料折射率的重要性和影响关键因素,寻求一种有效提高光学树脂材料折射率的途径和方法,是光学树脂材料的重要研究方向。

1.2环氧树脂简介

1.2.1环氧树脂定义

其环氧树脂就是一种在聚合物分子的化学结构当中存在的具有多个体型环氧树脂官能基团的一种有机化合物。它的主要合成原料一般是体型环氧氯丙烷和环氧双酚a或多元醇,通过在这两种原料之间的缩合聚合反应可以得到一种称为环氧氯丙烯树脂的产物。环氧基团是环氧树脂的特征官能团之一，正是由于体型环氧树脂中存在多个具有热固和高活性的体型环氧官能团,所以多种体型或者含有活泼氢的有机化合物,都在本质上可以与体型环氧树脂的官能团发生缩合缩合反应,使得环氧基团被完全破坏。缩合反应过程中生产的原料和产物一般都是体型环氧聚合物,因此体型环氧树脂在本质上是热固和高活性的树脂。

1.2.2环氧树脂特点

1. 固化简便。目前市场上存在多种类型的固化剂可以选择，固化温度范围也较宽为0-180摄氏度；
2. 形式多样。环氧树脂种类众多，其可以使用的促进剂和固化剂也有较多种类，两者组合可以形成适合于不同应用环境的固化体系。
3. 粘附力强。环氧树脂的分子结构中主链具有醚键，侧链中含有羟基，由于两者的存在，所以环氧树脂具有较强的粘附力。
4. 收缩性低。在开环聚合的反应中，由于固化剂和环氧树脂中的环氧官能团不产生挥发性副产物和水，因此收缩率低于2%；
5. 力学性能较好。环氧树脂固化之后的环氧树脂固化物具有不错的稳定性和内聚力。同时，环氧树脂固化物具有致密的分子结构。由于上述两个固化物的特点，所以环氧树脂具有了优良的力学性能。
6. 化学稳定性。大部分环氧树脂固化过程中的产物都可以具有较优的结构和化学稳定性,部分的环氧树脂在某种特殊的固化反应体系下,可以直接获得自己独特的环氧树脂化学结构和稳定性。
7. 良好的加工性。由于环氧树脂的种类和所用固化剂种类的复杂和多样性,环氧树脂就被设计成了灵活的应用各种固化和加工体系,适用于各种加工和成型的工艺。另外,其在常压下固化和成型,操作过程简便,技术和对设备的要求相对较低;
8. 尺寸稳定性。由于环氧树脂本省具有优异的力学性能，良好的化学稳定性等多种物理特性，使得其产物的结构尺寸也变得比较稳定。
9. 电性能。由于环氧树脂的吸水率低，它的固化产物具有优良的电绝缘性。

1.2.3环氧树脂分类

随着对环氧树脂的科学研究深入进行,研究者在不断地开发和合成新的各种环氧树脂,使得环氧树脂的产品种类不断地扩张。但是到目前为止,人们依然没有统一地制定各种分类树脂的标准。其中最常用的为两种:第一种按照环氧树脂中环氧基团的结合方式和其化学性质及其结构可以将其分为六类;第二种将所有的环氧树脂分为固态和液态,所采用的环氧树脂分类标准依据主要是各种环氧树脂的性质和形态。第一种按照环氧基团的结合方式和其化学性质及其结构分类的方法主要有助于研究者了解各种环氧树脂的固化反应行为和其固化反应体系的结构和性能,因此本文按照第一种分类的方法对于各种环氧树脂进行了介绍。

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