固化促进剂作用下酚醛树脂固化过程的量子化学计算

Phenolic resin wood adhesives have excellent properties. They are widely used in outdoor and structural fields. But their curing speed is slow and production efficiency is low. The curing accelerators, such as acid compounds, carbonate and organic esters, can accelerate the curing of phenolic resin. But there are still differences in the curing mechanism. Element reactions in curing reaction are studied by the application of quantum chemistry. The reaction process different curing accelerator intermediates, transition states, can be obtained. The thermodynamic and kinetic characteristics of curing reaction are studied.The effect of curing agent on the curing reaction of phenolic resin, such as acidic compounds, carbonate and organic ester, are clarified. Based on “the theoretical prediction → experimental verification”, and combining the theoretical results of quantum chemistry with the results of laboratory analysis，it provide theoretical basis and practical guidance for further screening of suitable curing accelerator.

酚醛树脂木材胶黏剂性能优异，广泛应用于室外和结构领域，但其固化速度慢，生产效率低。酸性化合物、碳酸盐和有机酯等固化促进剂可以加速酚醛树脂固化，但是其固化反应机理仍存在着分歧。运用量子化学计算方法研究固化反应中的基元反应，获得不同固化促进剂与酚醛树脂反应的反应历程、中间体、过渡态，研究固化反应中的热力学和动力学特征，阐明酸性化合物、碳酸盐和有机酯等固化促进剂对酚醛树脂固化反应的影响，基于“理论预测→实验验证”的思路，将量子化学理论计算结果与实验室分析结果相结合，为进一步筛选合适的固化促进剂提供理论依据和实践指导。

由于酚醛树脂具有优异的胶合性能、良好的耐水性和耐老化性能，使它具有不可替代的性能优势，但是同时它也存在着成本较高和固化速度慢等缺点，因此改善其固化特性，降低其生产成本，具有重大的应用意义。通过固化促进剂的加入，可以改善酚醛树脂的固化性能，但是由于对其反应机理等基础理论问题的认识不足，导致固化条件与树脂结构和性能间的关系不明晰。本项目研究借助量子化学方法在研究反应机理上的优势，通过量子化学计算，考查了H+、OH-、碳酸盐和有机酯等固化促进剂对酚醛树脂的固化微观反应历程，获得反应物、中间体、过渡态和产物的几何结构、电子结构和稳定性等信息，结合实验研究结果评价了反应间的竞争关系。并以尿素促进酚醛树脂固化反应机理为指导，研究了端氨基化合物为固化促进剂，对酚醛树脂固化性能的影响。筛选了乙二胺、己二胺、尿素-乙二胺、尿素-三（2氨基乙基）胺和端胺超支化聚酰胺（HBP-NH2）等多种固化促进剂，以及其对酚醛树脂固化促进作用进行表征和分析，阐明了线性、支化结构和高支化结构端氨基化合物促进酚醛树脂固化的影响。研究结果为实现酚醛树脂加速固化提供了理论和技术支持。