CN102037046A - 衍生自种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种环氧树脂和用于制备这样的环氧树脂的方法,所述环氧树脂包含至少一种环氧酰胺如衍生自至少一种种子油基链烷醇酰胺的缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺中的至少一种;其中所述种子油基链烷醇酰胺由(i)脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种与(ii)至少一种链烷醇胺的反应得到。可以制备环氧树脂组合物,其包含上述环氧酰胺和一种或多种除所述环氧酰胺以外的环氧树脂。还可以由上述环氧树脂组合物制备可固化环氧树脂组合物,所述环氧树脂组合物含有至少一种固化剂和/或至少一种固化催化剂。

Description

衍生自种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂及其制备方法
发明领域
本发明总体上涉及环氧树脂。更具体而言,本发明涉及衍生自链烷醇酰胺特别是种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂如缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺。
发明背景
环氧树脂是最常用的工程树脂之一,并且它们在具有高强度纤维的复合材料中使用是熟知的。环氧树脂形成玻璃质网络,表现出优异的抗腐蚀和溶剂性,良好的粘附性、相当高的玻璃化转变温度和足够的电性能。不幸的是,具有相对高的玻璃化转变温度(>100℃)的交联的玻璃质环氧树脂是脆的。高玻璃化转变温度环氧树脂的差冲击强度限制了环氧化物作为结构材料和在复合材料中的用途。
环氧树脂的另一主要用途是制备涂料。尽管在所述涂料中可以实现良好的粘附性、硬度和抗腐蚀性,但是韧性和耐冲击性的改善存在相当大的空间,特别是在玻璃化转变温度提高时。此外,使用芳族环氧树脂制备的涂料遇到了在暴露于太阳光期间粉化的问题。这严重地限制了这些涂料在户外用途中的使用。
包括环氧树脂在内的固化的热固性树脂的典型性能要求包括:高软化点(>200℃)、低的可燃性、耐水解性、耐化学品和溶剂性和随着温度变化稳定的介电性(dielectric)。环氧树脂可以提供这些性能,但是各种环氧体系可能包括由慢的动力学引起的慢的硬化周期的缺陷。
各种环氧体系的其它缺陷是溶剂的使用,所得的反应副产物,和/或不足的UV稳定性。溶剂和反应副产物可能导致不需要的化学品暴露或释放和固化期间的气泡形成。不足的UV稳定性还可能限制环氧体系的最终用途,完全阻止其用于大部分的户外应用。
因此,存在的需要是环氧树脂加工中的改善,如通过降低粘度和消除溶剂的需要而改善环氧树脂的加工。还存在的需要是改善环氧树脂涂料的性能,如改善UV稳定性和挠性以及耐损害性。因此,需要提供可用于涂料的改进环氧树脂。
在本发明的发明人之前,其他人已经尝试过由种子油基材料提供可用于涂料的改进环氧树脂。例如,在以下文献中公开了已经通过骨架中的双键被环氧化并且以与双酚A的二缩水甘油醚的共混物形式使用的植物油:Frischinger,P.Muturi,S Dirlikov,含有环氧化的甘油三酸酯油的双相互穿环氧热固性塑料(Two Phase Interpenetrating Epoxy Thermosets that Contain Epoxidized Triglyceride Oils)Part II,Applications,Advances in Chemistry Series(1995),239(Interpenetrating Polymer Networks),539-56。
2000年4月6日的H.Bjornberg,Novel Primary Epoxides,WO 00118751,公开了通过用烯酸将醇进行酯化而得到的产物可以通过末端双键被环氧化,并且以与双酚A的二缩水甘油醚的共混物的形式使用。
1966年8月8日的Poly(glycidyl ethers),NL 660241 1,公开了蓖麻油的聚(缩水甘油醚)是通过蓖麻油与表卤代醇在路易斯酸催化剂的存在下的反应而制备的,同时形成蓖麻油的聚卤代醇酯,之后将后者进行脱卤化氢以形成环氧树脂。
1988年11月22日的美国专利4,786,666,J.L.Cecil,W.J.Kurnik,D.E.Babcock,含有脂肪酯的缩水甘油醚的涂料组合物(Coating compositions Containing Glycidyl Ethers of Fatty Esters),公开了基于双酚二缩水甘油醚,蓖麻油聚缩水甘油醚,双酚类,脂肪酸和二聚体酸的高固含量涂料组合物。
S.F.Thames,H.Yu,R.Subraminian,来自蓖麻油的阳离子紫外可固化涂料(Cationic Ultraviolet Curable Coatings from Castor Oil),Journal of Applied Polymer Science(2000),77(1),8-13,公开了由蓖麻油缩水甘油醚,环氧树脂UVR 6100和光引发剂UVI 6990配制的涂料。
上述现有技术中均没有一个满足提供具有改善的性能的基于种子油链烷醇酰胺的环氧树脂的长期渴望的需要(long felt need),因为:(1)在现有技术中列举的环氧单体具有较高的环氧化物当量,原因在于它们的结构和较高的低聚物含量。这降低了固化材料的交联密度和所得到的热/机械性能;和(2)大部分现有技术是用于具有非缩水甘油醚结构的环氧化物,原因在于它们的制备方法(双键的氧化)。缺乏缩水甘油醚结构显著降低了这些环氧化物与固化剂如二胺的反应性。
发明概述
本发明的一个方面涉及一种环氧树脂,其包含衍生自至少一种链烷醇酰胺的至少一种环氧酰胺。
在一个实施方案中,烷醇酰胺优选地包含至少一种种子油基链烷醇酰胺如脂肪酸酯,脂肪酸和甘油三脂肪酸酯的至少一种;并且在该实施方案中,本发明涉及一种环氧树脂,其包含缩水甘油醚酰胺或缩水甘油酯酰胺中的至少一种,所述缩水甘油醚酰胺或缩水甘油酯酰胺衍生自至少一种种子油基链烷醇酰胺如脂肪酸酯,脂肪酸和甘油三脂肪酸酯的至少一种。
本发明的另一个方面涉及一种用于制备环氧树脂的方法,所述环氧树脂包含至少一种环氧酰胺,所述方法包括使以下物质一起反应:(a)至少一种种子油基链烷醇酰胺如脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯的至少一种,(b)表卤代醇和(c)碱性作用物质。
本发明的又一个方面涉及一种环氧树脂组合物,所述组合物包含上述环氧酰胺;和一种或多种除上述环氧酰胺以外的环氧树脂。
本发明的又一个方面涉及一种可固化环氧树脂组合物,所述组合物包含上述环氧树脂组合物;和至少一种固化剂和/或至少一种固化催化剂。
从下面的描述和后附权利要求,其他方面和优点是明显的。
优选实施方案详述
在一个方面中,在本文中公开的实施方案涉及环氧树脂涂料的加工和性能的改进。更具体而言,在本文中公开的实施方案涉及新型的缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺,其衍生自脂肪酸酯,脂肪酸和甘油三脂肪酸酯。缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺包括单体,其低聚物和聚合物及其混合物。本发明的缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺可以与其他环氧树脂组合使用,并且可以导致例如以下优点:所得的环氧树脂涂料、复合材料、粘合剂、电子部件和模制品的改善的加工、UV稳定性和挠性/耐损害性。
如上所述,本发明的环氧树脂是基于种子油链烷醇酰胺的环氧树脂。例如,本发明的环氧树脂可以包括衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯的缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺。本发明的环氧树脂可以由如下的式I表示:
Figure BPA00001258064000041
式I
其中R1和R4可以各自独立地表示亚烃基部分;R2是氢或一价烃基部分;R3不存在或为亚烃基部分;R5是氢或一价烃基部分,或由式II表示的部分:
——R4——O——R6
式II
其中R4与上述定义相同;且R6是如下的式III或式IV的部分:
Figure BPA00001258064000042
式III
Figure BPA00001258064000051
式IV
其中R7是氢或含1至约4个碳原子的脂族烃基;R8是亚烃基部分;并且m,n和o独立地为0或1,
但是条件是m,n和o的总和为大于0的正整数。
本文中使用的“亚烃基部分”是指选自烷基,环烷基,聚环烷基,烯基,环烯基,聚环烯基,芳族环取代的烷基,芳族环取代的环烷基,芳族环取代的聚环烷基,芳族环取代的烯基,芳族环取代的环烯基和芳族环取代的聚环烯基部分的二价部分。
本文中使用的“烃基部分”是指选自烷基,环烷基,聚环烷基,烯基,环烯基,聚环烯基,芳族环取代的烷基,芳族环取代的环烷基,芳族环取代的聚环烷基,芳族环取代的烯基,芳族环取代的环烯基,芳族环取代的聚环烯基部分中的一价部分。
本发明的其它方面包括与由其中m,n和o总和为0的式I表示的缩水甘油醚和酯酰胺混合的上述缩水甘油醚和酯酰胺。这些组合物优选含有大于或等于约70重量%(wt%),且更优选大于约90重量%(在每一种情况下均基于总组合物重量)的m,n和o总和大于0的缩水甘油醚和酯酰胺。
当R5或R8是含有芳族环的部分时,所述芳族环可以含有一个或多个取代基,所述取代基包括卤素原子、优选氯或溴;腈基;硝基;烷基或烷氧基,其含有1至约6,优选1至约4,且更优选1至约2个碳原子,碳原子可以被一个或多个卤素原子,优选氯或溴取代;或烯基或烯氧基,其含有1至约6,优选1至约4,且更优选1至约3个碳原子。芳族环可以含有一个或多个杂原子如N,O,S等。类似地,R4,R5(在其为除H以外的部分时)和R8各自独立地含有一个或多个取代基,包括卤素原子,优选氯或溴,烷氧基,烯氧基,醚键(-O-)或硫醚键(-S-)。取代基可以连接至末端碳原子,或者可以在两个碳原子之间,这取决于取代基的化学结构。当R5为烷基或烯基部分时,它可以是直链(直链的)或支链的。本文中使用的术语“环烷基”和“环烯基”还意在包括相应的二和聚环部分。
在一些实施方案中,本文中公开的缩水甘油醚和酯酰胺组合物可以另外包含下列中的一种或多种:衍生自种子油基链烷醇酰胺的单缩水甘油醚或单缩水甘油酯;衍生自种子油链烷醇酰胺的缩水甘油醚或缩水甘油酯的低聚物;以及它们的组合。
通常,本发明的环氧树脂通过包括以下步骤的方法(例如,环氧化反应方法)制备:使以下组分一起反应:(a)至少一种链烷醇酰胺如羟基(OH)或酸(COOH)官能化的脂肪酰胺中间体;或其混合物;(b)表卤代醇;和(c)碱性作用物质,优选为固体形式。用于制备本发明的环氧树脂的方法还可以任选地包括以下组分中的任何一种或多种:(d)溶剂,(e)催化剂,和/或(f)脱水剂。
用于形成本发明的环氧树脂的环氧化方法避免了存在于种子油基链烷醇酰胺中的酰胺键的任何显著的水解。如果在本发明的方法的操作中遭遇到水解,则可以在方法中使用任选的一种或多种脱水剂,即组分(f),以防止酰胺键的水解。本发明的方法典型地实现了理论值的至少约80%以上的环氧化,同时保持了酰胺键的结构完整性。
在一个实施方案中,本发明的用于制备环氧树脂的方法包括OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体与表卤代醇初始反应以形成卤代醇中间体。卤代醇中间体然后与碱性作用物质反应而将卤代醇中间体转化为环氧树脂最终产物(缩水甘油醚和/或缩水甘油酯)。
在另一个实施方案中,可以使用碱金属或碱土金属氢氧化物作为催化剂;并且如果以化学计量或更大的量使用这样的催化剂,OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体和表卤代醇的初始反应原位制备卤代醇中间体。原位制备的卤代醇中间体然后可以在不添加碱性作用物质的情况下转化为环氧树脂最终产物。
该方法的优选实施方案还包括:首先使衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种的聚缩水甘油醚与碱金属氢化物反应,以形成中间体产物,随后使中间体产物与表卤代醇反应;其中碱金属氢化物优选为氢化钠和氢化钾中的至少一种。碱性作用物质可以包括碱金属氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐;碱土金属氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐;以及它们的任何混合物中的至少一种。该方法通常在约20℃至约120℃的温度以及在约30mm Hg至约100psia的压力下进行。
可用于本发明的种子油基链烷醇酰胺组分(a)可以从市场上的可商购产物购买。例如,可商购的种子油基链烷醇酰胺包括月桂酸二乙醇酰胺,由Rhodia,Inc.以产品名称Alkamide LE
Figure BPA00001258064000071
出售的商业化等级产品。
在另一个实施方案中,可用于本发明的种子油基链烷醇酰胺可以通过饱和和不饱和的脂肪酸酯;饱和和不饱和的脂肪酸;或饱和和不饱和的甘油三脂肪酸酯;或它们的混合物的氨解得到,即通过(i)饱和的脂肪酸酯、不饱和的脂肪酸酯、饱和的脂肪酸、不饱和的脂肪酸、饱和的甘油三脂肪酸酯或不饱和的甘油三脂肪酸酯中的至少一种与(ii)链烷醇胺的反应得到。
适用于用羟基官能化的胺氨解的不饱和的脂肪酸酯或甘油三脂肪酸酯组分(i)包括蓖麻油,大豆油,菜籽油,油菜籽油和蓖麻醇酸甲酯;以及它们的混合物。
适合的饱和的脂肪酸酯和甘油三脂肪酸酯包括硬脂酸甲酯;12-羟甲基硬脂酸酯;氢化的蓖麻醇酸甲酯和氢化的蓖麻油;和还原加氢甲酰化的脂肪酸酯如9-甲基羟甲基硬脂酸酯,10-甲基羟基甲基硬脂酸酯,9,12-甲基羟甲基硬脂酸酯,9,12,15-甲基羟甲基硬脂酸酯,11-羟甲基十一碳酸酯,10-羟甲基癸酸酯;以及它们的混合物。
在可用于本发明的植物油中遇到的一些不饱和的脂肪酸是蓖麻油酸,油酸,亚油酸和亚麻酸;以及它们的混合物。可以列举的含有至少一个烯键式不饱和键的脂肪酸的非限制性实例是肉豆蔻烯酸,棕榈油酸,伞形花子油酸,十九碳烯酸,芥酸,生红酸,stearodonic acid,花生四烯酸和chypanodonic acid;以及它们的混合物。
可以用于本文中公开的实施方案的饱和的脂肪酸的实例可以包括棕榈酸、月桂酸、羊蜡酸(capric acid)、癸酸(decanoic acid)、硬脂酸、异硬脂酸、鳕油酸和肉豆蔻酸;以及它们的混合物。
在WO 2007/027223 A2中所述的衍生自生物基油的酰胺多元醇也可以用于本发明,该文献通过引用结合在此。
COOH官能化的饱和的脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯可以例如通过使氨解产物与羧酸酐反应而形成,所述羧酸酐是例如马来酸酐,琥珀酸酐,邻苯二甲酸酐,四氢邻苯二甲酸酐;它们的混合物;等。
可用于本文中公开的实施方案的脂肪酸酯和脂肪酸可以包括具有在8至22的范围内的碳数的那些。这些脂肪酸酯和脂肪酸的二聚体和三聚体也是可用的。脂肪酸酯和脂肪酸优选衍生自植物油,并且如果存在不饱和,则它们可以通过还原加氢甲酰化改性。在优选的实施方案中,脂肪酸酯是植物油。可以由植物油得到并且可用于本发明的一些脂肪酸是蓖麻油酸,油酸,亚油酸,硬脂酸,月桂酸,肉豆蔻酸和棕榈酸。
可以用于本文中公开的实施方案的植物来源的油(甘油三脂肪酸酯)的实例可以包括油菜籽油,葵花油,花生油,橄榄油,胡桃油,玉米油,大豆油,亚麻仁油,大麻籽油,葡萄籽油,椰干油(coprah oil),棕榈油,棉籽油,巴西棕榈油,加州希蒙得木油,芝麻籽油,蓖麻油和芫荽油。
在一个实施方案中,植物油是含有仲羟基且无需还原加氢甲酰化的蓖麻油。蓖麻油典型地含有至少约80%的蓖麻油酸,其中约89%是典型的。还优选的是碳数为18的其它脂肪酸酯。蓖麻油的余量可以包括其它组合物。
可以用于本文中公开的实施方案的动物来源的油的实例可以包括抹香鲸油,海豚油,鲸油,海豹油,沙丁鱼油,鲱鱼油,鲨鱼油,鳕鱼肝油,犊牛蹄油(calfsfoot oil)和牛肉、猪肉、马和绵羊的脂肪(板油)。
OH官能化的饱和的脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯可以通过例如饱和的脂肪酸酯,脂肪酸或甘油三脂肪酸酯的氨解形成。
氨解可以包括饱和的脂肪酸酯,脂肪酸或甘油三脂肪酸酯与链烷醇胺的反应。链烷醇胺组分(ii)可以包括例如,氨基单醇,二醇和三醇,如二乙醇胺,2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇,2-氨基-2-羟甲基1,3-丙二醇,2-氨基-2-甲基乙醇;它们的混合物;等。
用于制备本文中公开的本发明的环氧树脂的表卤代醇组分(b)的实例包括,例如,表氯醇,表溴醇,表碘醇,甲基表氯醇,甲基表溴醇,甲基表碘醇以及它们的任何组合。表氯醇是在本文中公开的本发明的一些实施方案中使用的优选表卤代醇。
表卤代醇与官能化的饱和的脂肪酸酯或甘油三脂肪酸酯的比率通常为:约1∶1至25∶1,优选约1.8∶1至约10∶1,且更优选约2∶1至约5∶1当量的表卤代醇/官能化的饱和的脂肪酸酯、脂肪酸或甘油三脂肪酸酯中伯或仲羟基(优选伯羟基)。
在本文中使用的术语“伯羟基”是指衍生自官能化的脂肪酰胺中间体的一个或多个伯羟基。伯羟基与仲羟基如在卤代醇中间体的形成过程中形成的那些不同。尽管伯羟基是优选的,但是在一些情况下,存在于可用于本发明的种子油链烷醇酰胺中的羟基可以是仲羟基,例如,在蓖麻油中存在的仲羟基。
碱性作用物质,即组分(c)可以用于本发明以与上述卤代醇中间体反应,从而形成本文中公开的本发明的最终环氧树脂产物。适合的碱性作用物质的实例包括碱金属氢氧化物,碱土金属氢氧化物,碳酸盐,碳酸氢盐,以及它们的任何混合物等。
碱性作用物质的更具体实例包括氢氧化钠,氢氧化钾,氢氧化锂,氢氧化钙,氢氧化钡,氢氧化镁,氢氧化锰,碳酸钠,碳酸钾,碳酸锂,碳酸钙,碳酸钡,碳酸镁,碳酸锰,碳酸氢钠,碳酸氢钾,碳酸氢镁,碳酸氢锂,碳酸氢钙,碳酸氢钡,碳酸氢锰,和它们的任何组合等。氢氧化钠和/或氢氧化钾是优选的碱性作用物质。
本文中公开的本发明方法可以在没有溶剂的情况下或在溶剂的存在下进行。如果在方法中没有溶剂,则表卤代醇可以在这样的方法中同时起着溶剂和反应物的作用。如果在方法中存在溶剂,则使用的溶剂对于本文中公开的制备环氧树脂的方法应当是惰性的,包括对于反应物、催化剂、在工艺过程中形成的任何中间体产物和最终产物是惰性的。
可以用于本发明的溶剂的实例包括脂族和芳族烃,卤代的脂族烃,脂族醚,脂族腈,环状醚,酮,酰胺,亚砜,和它们的任何组合等。可以使用的其它溶剂包括戊烷,己烷,辛烷,甲苯,二甲苯,甲基乙基酮,甲基异丁基酮,N,N-二甲基甲酰胺,二甲亚砜,二乙醚,四氢呋喃,1,4-二
Figure BPA00001258064000091
烷,二氯甲烷,氯仿,二氯乙烷,甲基氯仿,乙二醇二甲醚,N,N-二甲基乙酰胺,乙腈;它们的任何组合;等。
如果在本发明的方法中使用溶剂,则优选实现所需结果需要的最小溶剂量。通常,基于官能化的饱和的脂肪酸酯或甘油三脂肪酸酯的总重量,在工艺中存在的溶剂可以为约250重量%至约1重量%,优选约50重量%至约1重量%,且更优选约20重量%至约5重量%。溶剂可以使用常规方法如真空蒸馏在完成形成本文所述的环氧树脂的反应时移除。
催化剂也可以任选地用于制备本文中所述的本发明的环氧树脂。催化剂的实例包括卤化季铵或催化剂的更具体实例包括氯化苄基三甲基铵,溴化苄基三甲基铵,氯化四丁基铵,溴化四丁基铵,氯化四辛基铵,溴化四辛基铵,溴化四丁基铵,氯化四甲基铵,溴化四甲基铵,氯化四丁基
Figure BPA00001258064000102
溴化四丁基鏻,碘化四丁基氯化乙基三苯基
Figure BPA00001258064000104
溴化乙基三苯基
Figure BPA00001258064000105
碘化乙基三苯基
Figure BPA00001258064000106
它们的任何组合;等。
尽管催化剂量可以由于如反应时间和反应温度的因素而变化,但是产生所需的效果需要的最低催化剂量是优选的。通常,基于官能化的饱和的脂肪酸酯或甘油三脂肪酸酯的总重量,催化剂的用量可以为约0.01%至约3重量%,优选约0.05%至约2.5重量%,且更优选约0.1%至约1重量%。
在制备本发明的环氧树脂中,其他组分可以存在或有目的地少量添加至OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体。可以有目的地添加至OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体的次要组分的实例包括:除OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体以外的脂族二醇或多元醇和环脂族二醇。
次要组分的更具体实例包括乙二醇,二甘醇,聚(乙二醇),三羟甲基丙烷,环己烷二醇,降冰片烷二甲醇,和二环戊二烯二甲醇,和它们的任何组合等。二元醇或多元醇在OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体的环氧化过程中可以被同时环氧化。所得的环氧树脂包含由OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体制备的环氧树脂和由除官能化的脂肪酰胺中间体以外的相应脂族二醇、脂族多元醇或环脂族二元醇制备的环氧树脂的混合物。以这样的方式,可以在不混合来自单独的来源的环氧树脂的情况下获得环氧树脂的特定混合物。这可以进行以获得特定的性能,例如,粘度相对于官能化的脂肪酰胺中间体的环氧树脂的粘度降低。
次要组分的量和种类可以根据组分的特定化学性质和用于制备OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体的方法而变化。通常,次要组分可以包含基于官能化的脂肪酰胺中间体总重量少于约25%,优选约0.001%至约10%,且更优选约0.001%至1%的次要组分。
本发明的用于制备环氧树脂的方法可以在各种条件下进行。例如,用于制备本文中所述的环氧树脂的方法的温度通常为约20℃至约120℃,优选约30℃至约85℃,且更优选约40℃至约75℃。
用于制备本文中所述的环氧树脂的方法的压力通常为约30mm Hg至约100psia,优选约30mm Hg至约50psia,且更优选约60mm Hg至约大气压(例如,760mm Hg)。
完成用于制备本文中所述的环氧树脂的方法的时间通常为约1至约120小时,更优选约3至约72小时,且更优选约4至约48小时。
可以使用各种分析方法(例如,气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)和凝胶渗透色谱(GPC))确定该该方法的完成。所选择的精确的分析方法依赖于反应物和环氧树脂产物的结构。例如,HPLC分析可以用于监控与中间体产物和最终产物(例如,饱和的脂肪酸酯的二缩水甘油醚,官能化的饱和的脂肪酸酯的单和二缩水甘油醚,及其任何低聚物)的形成同时进行的OH和COOH官能化的脂肪酰胺中间体的反应。GPC分析也可以用于分析不是挥发性的并且通常不能通过如气相色谱的分析方法检测的低聚物。
其它分析方法,如红外光谱(IR)分析和核磁共振(NMR)光谱有利地用于分析非种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂。例如,可以进行IR分析以容易地验证酰胺结构在环氧树脂产物中的保留。
另外,通过使用分析方法来监控环氧化过程,可以获得具有各种组分的本文所述的环氧树脂。例如,反应时间越短和/或反应温度越低通常导致形成这样的环氧树脂,该环氧树脂含有的OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体的单缩水甘油醚(酯)(或二缩水甘油醚或酯)的量越大以及伴随含有的这样的环氧树脂的低聚物的量越小。相反地,反应时间越长和/或反应温度越高通常导致形成这样的环氧树脂,该环氧树脂含有的OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体的单缩水甘油醚(酯)(或二缩水甘油醚或酯)的量越小以及伴随含有的这样的环氧树脂的低聚物的量越大。因此,可以调节反应时间和反应温度的组合,以提供所需的环氧树脂。
根据各种实施方案,本文中描述的本发明的环氧树脂可以由各种环氧化方法制备,所述环氧化方法包括例如(1)淤浆环氧化方法,(2)无水环氧化方法,或(3)路易斯酸催化的偶联反应和淤浆环氧化反应方法的组合。
在本发明中使用的淤浆环氧化方法包括将下列组分一起反应:(a)OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体比如上述官能化的脂肪酰胺中间体中的任一种,(b)表卤代醇比如上述表卤代醇的任一种以及(c)固体形式或水溶液形式的碱性作用物质,比如上述碱性作用物质中的任何一种。
淤浆环氧化,即方法(1),可以任选包括下列组分中的任何一种或多种:(d)不同于水的溶剂或溶剂混合物,(e)催化剂,和/或(f)脱水剂。如果在本发明的淤浆环氧化方法的操作中遭遇水解,则一种或多种脱水剂(f)可以在本方法中使用以防止酰胺键的水解。
在淤浆环氧化方法中,当碱性作用物质处于固体形式时,它通常是粒料、珠粒或粉末的形式。可以使用各种粒子尺寸或粒子尺寸分布的碱性作用物质。例如,可以使用具有约-40至约+60目或约-60至约+80目的粒子尺寸分布的碱性作用物质,比如固体氢氧化钠。在另一个实施方案中,所使用的粒子尺寸分布可以是约-80目。
在淤浆环氧化方法中,当碱性作用物质作为水溶液获得时,首先将该水溶液添加到不同于水的溶剂或溶剂混合物中,以形成溶剂或溶剂混合物和水的溶剂-水共沸物或可共蒸馏混合物(co-distillable mixture)。在碱性作用物质的这种水溶液中的水可以经由溶剂-水共沸物的共沸蒸馏或水与溶剂或溶剂混合物的共蒸馏而移除。这种蒸馏通常在真空下进行。蒸馏可以连续进行,直到以纯固体(干燥)或溶剂浆液(具有残留的非水溶剂)的形式得到所需的碱性作用物质。如果残留的溶剂留下以形成碱性作用物质的溶剂浆液,则所使用的溶剂应当对于浆液环氧化反应是惰性的,包括对于反应物、任何中间体产物和最终产物是惰性的。这样的溶剂的实例包括甲苯和二甲苯。
在一个实施方案中,淤浆环氧化方法还可以包括:(i)将除水以外的溶剂加入到水溶液中的碱性作用物质;和(ii)通过溶剂-水共沸物的真空蒸馏从碱性作用物质移除水溶液(水)直至碱性作用物质变成纯固体或溶剂浆液;其中溶剂包括甲苯或二甲苯。
术语“共沸物”在本文中是指液体的混合物(例如,在淤浆环氧化方法中溶剂和水的混合物),所述混合物由于蒸汽形式的混合物与液体形式的混合物具有相同的组成,因此具有恒定沸点。所述混合物的组分通常不能通过简单的蒸馏分离。
术语“共蒸馏物”在本文中是指其中水与溶剂共蒸馏的液体混合物。还可以从碱性作用物质的水溶液中简单地闪蒸水,以留下作为固体的干燥碱性作用物质。
共沸蒸馏是用于通过蒸馏分离不容易以其它方式分离的产品的方法。共沸蒸馏方法的必要特性是引入另一种组分,该另一种组分与产物中的初始组分形成共沸混合物,然后蒸馏掉初始组分以获得纯的产物。
脱水剂还可以用于淤浆环氧化方法中以缓和或促进淤浆环氧化反应。脱水剂可以在碱性作用物质之前或之后添加,或与碱性作用物质同时添加。所述脱水剂的添加和使用对于某些链烷醇酰胺反应物防止酰胺键的水解是至关重要的。
脱水剂的实例包括碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、分子筛;和它们的任何组合等。脱水剂的更具体实例包括硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硫酸钙、硫酸钡、硫酸镁、硫酸锰、分子筛;它们的任何组合等。
在淤浆环氧化方法的一个实施方案中,所述淤浆环氧化方法包括:将OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体添加到氢氧化钠在表氯醇中的搅拌浆液中。氢氧化钠可以是固体形式,比如粒料、珠粒或粉末,或它们的混合物。固体氢氧化钠还可以是基本上无水至轻微潮湿的。如本文中使用的术语“基本上无水”或“轻微潮湿”是指基于固体氢氧化钠的总重量,固体氢氧化钠包括少于约5重量%的水。
通常地,基于固体氢氧化钠的总重量,固体氢氧化钠包含以重量计少于约5%、优选少于约4%并且更优选少于约2.5%的水。
在淤浆环氧化方法的另一个实施方案中,所述淤浆环氧化方法包括:将OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体添加到氢氧化钠和无水硫酸钠在表氯醇中的搅拌浆液中。氢氧化钠和硫酸钠都可以处于固体形式,比如粒料、珠粒、粉末或颗粒。固体氢氧化钠还可以是基本上无水至轻微潮湿的,其基于固体氢氧化钠的总重量,包含少于约5重量%的水。无水硫酸钠优选处于颗粒形式。
根据本发明,适宜的是制备包括最高可能量的饱和脂肪酸酯、脂肪酸和脂肪酸缩水甘油三酸酯的聚缩水甘油醚和聚缩水甘油酯的环氧树脂,同时保留所述环氧树脂中的酰胺结构。然而,已经发现,在淤浆环氧化方法过程中,当反应达到OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体向环氧树脂产物的转化率为约95重量%以上时,反应浆液的粘度增加,这引起了混合和从反应浆液有效热传递的明显降低。增加的粘度使得难于使反应继续。而且,在这些条件下,显著量的所得单缩水甘油醚(和二缩水甘油醚)可能仍存在。为了降低粘度,伴随恢复热传递,并且由此使反应继续,可能需要另外添加(也称作“后添加”)表氯醇。通常地,可以以约0.25至约1当量的表氯醇/初始存在于官能化的饱和脂肪酸酯中的伯羟基的添加量,后添加表氯醇。
在淤浆环氧化方法中,为了最终粘度控制而在反应的开始添加更大量的表氯醇是在本文所公开的本发明实施方案的范围内。通常地,可以在反应的开始以从约0.50至约2当量的表氯醇/存在于OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体中的伯羟基的额外量添加表氯醇。然而,发现在淤浆环氧化方法的过程中,在反应的开始增加表氯醇的化学计量超过约2至约3当量的表氯醇/混合物中的伯羟基,可能导致不想要的副产物的额外形成。这些不想要的副产物的形成可能消耗有价值的表卤代醇以及碱性作用物质,比如氢氧化钠。如果产生,则副产物可以通过真空蒸馏移除。
本发明的环氧树脂还可以通过无水环氧化,即方法(2)制备。无水环氧化方法包括使下列组分一起反应:(a)OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体,比如上述那些中的任一种,(b)表卤代醇,比如上述那些中的任一种;以及(c)处于水溶液形式的碱性作用物质,比如上述那些中的任一种。无水环氧化方法任选可以包括下列组分中的任一种或多种:(d)溶剂,和/或(e)催化剂。
在无水环氧化方法中,可以使用处于水溶液形式的碱性作用物质。在碱性作用物质的水溶液中的水和表卤代醇(例如,表氯醇)形成二元表卤代醇-水共沸物或三元表卤代醇-水-溶剂共沸物。水可以经由表氯醇-水共沸物或表卤代醇-水-溶剂共沸物的共沸蒸馏或共蒸馏移除。蒸馏可以在真空下进行。
在无水环氧化方法的优选实施方案中,该方法还可以包括:通过表氯醇-水共沸混合物的真空蒸馏从碱性作用物质移除水溶液(水),直至碱性作用物质变成基本上无水的固体。
关于在环氧化过程中经由共沸蒸馏或共-蒸馏移除水的方法的细节在美国专利4,499,255中给出,该美国专利通过引用结合在此。
在无水环氧化方法的一个实施方案中,无水环氧化方法包括:水溶液形式的氢氧化钠向搅拌的OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体和表氯醇的混合物中的受控添加与表氯醇-水共沸物的连续真空蒸馏,从蒸馏的共沸物中移除水馏分,以及回收的表氯醇返回到反应中的再循环。包含约50重量%的氢氧化钠的水溶液是特别优选的。更稀的氢氧化钠水溶液尽管可操作,但是较不优选,因为移除另外的水要耗费额外的时间和能量。还可以将催化剂添加到搅拌的混合物中。特别优选季铵卤化物催化剂。
如果在无水环氧化方法的操作中遭遇了酰胺键的水解,则采用本发明的其它环氧化方法之一以防止所述酰胺键的水解。
本发明的环氧树脂还可以通过路易斯酸催化偶联反应和淤浆环氧化反应方法(本文中,“路易斯酸偶联/环氧化方法”),即方法(3)制备。通常地,路易斯酸偶联/环氧化方法包括:催化偶联反应步骤,之后是淤浆环氧化反应步骤。因此,路易斯酸偶联/环氧化方法包括:在偶联反应步骤中,使(a)OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体如上述那些中任一种,与(b)表卤代醇如上述那些中的任一种,在(c)路易斯酸催化剂比如上述所述催化剂的任一种的存在下反应。偶联反应步骤产生包含卤代醇的中间体产物。然后,中间体卤代醇产物在脱卤化氢反应步骤例如,使用环氧化方法比如上述的淤浆环氧化方法中,与(d)固体形式的碱性作用物质反应。路易斯酸偶联/环氧化方法还可以任选包括下列组分中的任何一种或多种:(e)溶剂、(f)不同于所述路易斯酸催化剂的催化剂和/或(g)脱水剂。
在路易斯酸催化的偶联和环氧化方法的优选实施方案中,该方法的偶联反应可以包括:使衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种的缩水甘油醚与表卤代醇在路易斯酸催化剂的存在下反应,以形成卤代醇中间体。该方法还可以包括脱卤化氢反应,其中使卤代醇中间体与在水溶液中的碱性作用物质反应以形成环氧树脂。
在路易斯酸催化偶联/淤浆环氧化方法的路易斯酸催化偶联反应步骤中使用的路易斯酸的实例包括三氟化硼或三氟化硼配合物,比如三氟化硼醚合物;氯化锡(IV);氯化铝;氯化铁;氯化锌;四氯化硅;四氯化钛;三氯化锑;上述这些的任何混合物;等。
按每摩尔的OH或COOH官能化的脂肪酰胺计,所使用的路易斯酸的量可以在约0.00015至约0.015、优选约0.00075至约0.0075并且更优选为约0.0009至约0.005摩尔的范围内。路易斯酸的量还可以取决于特定的反应变量,比如反应时间和反应温度。
在路易斯酸偶联/环氧化方法的路易斯酸催化偶联反应步骤的一个实施方案中,所述偶联反应包括:将表氯醇添加到OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体和路易斯酸催化剂的搅拌混合物或溶液中,以制备含有卤代醇如氯代醇的中间体产物。四氯化锡(IV)作为路易斯酸催化剂是特别优选的。一旦反应完成,则使用淤浆环氧化方法在脱卤化氢反应步骤中使所得到的卤代醇中间体与固体形式的氢氧化钠反应。
在另一个实施方案中,从路易斯酸偶联反应步骤获得的所得中间体产物随后利用淤浆环氧化方法,在脱卤化氢反应步骤中与固体形式的氢氧化钠和无水硫酸钠反应。
还可以使用不同于路易斯酸催化剂的催化剂来制备环氧树脂。如果使用,则可以在淤浆环氧化或无水环氧化方法的过程中的任何时间添加非-路易斯酸催化剂,但是非-路易斯酸催化剂仅添加到路易斯酸催化偶联/淤浆环氧化方法的脱卤化氢反应步骤(淤浆环氧化方法)。
以类似于上述路易斯酸催化偶联反应步骤的方式,还可以添加碱金属氢化物以与官能化的脂肪酰胺中间体反应,之后进行所得醇盐与表卤代醇的反应。可以使用的碱金属氢化物的实例包括氢化钠、氢化钾,以及它们的任何混合物等,其中氢化钠是优选的碱金属氢化物。然后,利用淤浆环氧化方法,中间体产物与(d)固体形式的碱性作用物质在脱卤化氢反应步骤中反应。使用碱金属氢化物的方法还可以任选包括下列组分中的任一种或多种:(e)溶剂、(f)不同于所述路易斯酸催化剂的催化剂,和/或(g)脱水剂。
淤浆环氧化或无水环氧化方法还可以在没有溶剂的情况下进行,其中表氯醇以既起溶剂又起反应物的功能的量使用。例如,淤浆环氧化方法可以通过官能化的脂肪酰胺中间体与表卤代醇以约2至约3当量的表卤代醇/在混合物中的伯羟基的比率反应而进行。这种淤浆环氧化方法提供了一种容易混合的反应浆液,因为反应浆液的初始粘度低,并且由环氧化方法产生的热,包括来自反应的热以及来自反应混合物搅拌的热,可以被容易地转移出反应器。
本文公开的本发明的任何一种用于制备环氧树脂的方法还可以包括回收和纯化方法。回收和纯化可以例如使用以下方法进行,如重力过滤、真空过滤、包括旋转蒸发和分馏真空蒸馏在内的真空蒸馏、离心、水洗涤或萃取,溶剂萃取、滗析、柱色谱、真空蒸馏、降膜蒸馏、刮板式薄膜蒸馏、静电聚结以及其它已知的回收和纯化处理方法,它们的任何组合等。回收并且纯化环氧树脂的方法可以是非水方法。降膜或刮板式薄膜蒸馏是用于回收和纯化本发明的基本上没有低聚物的高纯度(例如,大于约99%)的环氧树脂的优选方法。本文中使用的术语“没有低聚物”或“基本上没有低聚物”是指基于环氧树脂最终产物的总重量,低聚物以少于约2%、优选少于约1%并且更优选0重量%的浓度存在于环氧树脂中。
回收和纯化方法包括例如移除和回收具有较低沸点的组分,包括那些沸点低于OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体的环氧树脂的沸点的组分。这些组分的实例包括未反应的表卤代醇和共同-产生的缩水甘油醚(例如,2-环氧丙基醚)副产物。回收的表卤代醇可以再循环(例如,再用作反应物),并且二缩水甘油醚副产物可以用于其它目的,比如反应性中间体产物。
根据本发明的一个实施方案,包括那些沸点低于OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体的环氧树脂的沸点的组分在内的组分经由真空蒸馏(比如旋转蒸发)移除,直到基于环氧树脂最终产物的总重量,沸点低于官能化的饱和脂肪酰胺中间体酯的环氧树脂的沸点的组分的总量低于约0.5重量%。如果存在,OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体的单缩水甘油醚中的一些或全部也可以经由真空蒸馏移除。
当没有或控制量的官能化的饱和脂肪酸酯的单缩水甘油醚经由蒸馏技术被移除时,本发明的方法产生环氧树脂最终产物,所述的环氧树脂最终产物包含饱和脂肪酸酯和脂肪酸缩水甘油三酸酯的二和多缩水甘油醚、饱和脂肪酸酯和脂肪酸缩水甘油三酸酯的单缩水甘油酯,以及它们的一种或多种低聚物。
当所有的脂肪酰胺中间体的单缩水甘油醚经由蒸馏移除时,本发明方法产生包含饱和脂肪酸酯和脂肪酸缩水甘油三酸酯的二和/或多缩水甘油醚以及其低聚物的环氧树脂最终产物。备选地,所述反应可以直接提供基本上没有任何单缩水甘油醚的环氧树脂产物,该环氧树脂产物包含脂肪酰胺中间体的二和/或多缩水甘油醚及其一种或多种低聚物。
在本发明的一个实施方案中,在回收和纯化方法的过程中,由淤浆环氧化反应产生的环氧树脂可以被离心和/或过滤,从而移除固体盐(例如,未反应的氢氧化钠和氯化钠,如果使用的是表氯醇)。在环氧树脂中的组分,包括沸点低于OH或COOH官能化的脂肪酰胺中间体的环氧树脂的沸点的那些组分,经由真空蒸馏移除,从而提供本发明的环氧树脂最终产物。这种回收和纯化方法基本上是非水方法,它相对于使用水溶液的其它回收和纯化方法具有优点。例如,在非水方法中,由非水方法产生的废盐固体可以被容易地回收并且处置。但是,在含水方法中,由含水方法产生的废物是水性液体,其比由非水方法产生的固体废物更难以处理和处置。
在另一个实施方案中,在对来自淤浆环氧化的产物进行离心和/或过滤之后获得的环氧树脂溶液可以使用水或其它水溶液比如例如碳酸氢钠或磷酸二氢钠的一种或多种洗涤液(washes)洗涤。这样再次允许废盐块以容易处置的固体形式回收,同时通过所述的一种或多种洗涤液移除了可能对环氧树脂产物的稳定性有害的痕量的盐或其它水溶性污染物,或也许。类似地,洗涤可以有益于降低可能存在于环氧树脂产物中的离子性氯化物(ionic chloride)水平。
本文中公开的某些环氧树脂可能在室温(例如,25℃)是非结晶的,并且由于它们的固有低粘度,可以具有接收高固体含量的能力。另外地,由淤浆环氧化方法或无水环氧化方法产生的环氧树脂拥有低的氯化物(包括离子性的、可水解的和总的氯化物)含量。这样的具有低氯化物含量的环氧树脂具有包括如下各项的优点:(a)当使用常规环氧树脂固化剂固化时,提高了环氧树脂的反应性,(b)增加了二或多缩水甘油醚含量,(c)降低了环氧树脂的可能腐蚀性,以及(d)提高了环氧树脂的电性能。由路易斯酸偶联/环氧化方法产生的环氧树脂相比于淤浆环氧化方法和无水环氧化方法,可以具有略微更高的总氯化物含量(例如,结合到环氧树脂结构中的氯甲基);然而,路易斯酸催化偶联反应步骤具有是相对简单方法的优点。
根据本发明的一个实施方案,可以制备包括如下各项的可固化环氧树脂组合物:(A)种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂,比如基于上述种子油基链烷醇酰胺的上述环氧树脂中的任一种,以及(B)用于其的至少一种固化剂和/或至少一种固化催化剂。在本发明的另一个实施方案中,除了但不同于种子油基链烷醇酰胺(A)的环氧树脂之外,可固化环氧树脂组合物还可以任选包括另外的环氧树脂化合物(C)。
对组合物提及的术语″可固化″(也称作″可热固化″)是指能够经受使组合物处于固化或热固化状态或条件下的条件的组合物。
术语″固化的″或″热固化的″由L.R.Whittington在Whittington′s Dictionary of Plastics(1968)的239页中定义如下:“树脂或塑料化合物在它们最终状态下作为最终制品是基本上不熔和不溶性的。热固性树脂通常在它们的制备或处理中的某些阶段是液体,其通过加热、催化或一些其它化学手段固化。在完全固化之后,热固性物质不能通过加热而再软化。通常是热塑性的一些塑料可以通过与其它材料的交联而变成热固性的”。
组分(A),种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂,其可用于上述的可固化的环氧树脂组合物中,可以是基于上述种子油基链烷醇酰胺的上述环氧树脂中的任一种。
组分(B),可用于固化所述可固化环氧树脂组合物的固化剂和/或催化剂,所述可固化的环氧树脂组合物包括单独的种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂(A),或种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂(A)和环氧树脂化合物(C)的共混物或混合物,所述固化剂和/或催化剂可以是已知的用于固化环氧树脂的任何固化剂和/或催化剂。
在一个实施方案中,可以制备可固化环氧树脂组合物,其包含(a)环氧树脂组合物,和(b)至少一种固化剂和/或至少一种固化催化剂;其中固化剂包括每分子具有至少一个反应性氢原子的材料,而环氧树脂组合物包含至少一个环氧化物基团,并且在固化剂中的反应性氢原子可与环氧树脂反应性稀释剂组合物中的环氧化物基团反应。
固化剂的实例包括脂族、脂环族、多环脂族(polycycloaliphatic)或芳族伯一元胺;脂族、脂环族、多环脂族或芳族伯和仲多胺;羧酸及其酸酐;芳族含羟基化合物;咪唑类;胍类;脲-醛树脂;蜜胺-醛树脂;烷氧基化的脲-醛树脂;烷氧基化的蜜胺-醛树脂;酰氨基胺;环氧树脂加合物;以及它们的任何组合。
特别合适的固化剂包括例如二苯氨基甲烷;异佛尔酮二胺;4,4′-二氨基茋;4,4′-二氨基-α-甲基茋;4,4′-二氨基苯甲酰苯胺;双氰胺;乙二胺;二亚乙基三胺;三亚乙基四胺;四亚乙基五胺;脲-甲醛树脂;蜜胺-甲醛树脂;羟甲基化的脲-甲醛树脂;羟甲基化的蜜胺-甲醛树脂;苯酚-甲醛酚醛清漆树脂;甲酚-甲醛酚醛清漆树脂;磺胺,二氨基二苯砜、二乙基甲苯二胺;叔丁基甲苯二胺;双-4-氨基环己基胺;异佛尔酮二胺;二氨基环己烷;六亚甲基二胺;哌嗪;氨基乙基哌嗪;2,5-二甲基-2,5-己二胺;1,12-十二碳烷二胺;三-3-氨基丙基胺;以及上述这些的任何组合。
合适的固化催化剂的实例包括三氟化硼、三氟化硼醚合物、氯化铝、氯化铁、氯化锌、四氯化硅、氯化锡、四氯化钛、三氯化锑、三氟化硼单乙醇胺配合物、三氟化硼三乙醇胺配合物、三氟化硼哌啶配合物、吡啶-硼烷配合物、二乙醇胺硼酸盐、氟硼酸锌、金属有机酸盐(metallic acylates),比如辛酸亚锡或辛酸锌,以及上述这些的任何混合物。
固化剂可以以将使可固化的环氧树脂组合物有效地固化的量使用,然而,固化剂的量还将取决于所述可固化的环氧树脂组合物中存在的特定组分,例如环氧树脂反应性稀释剂、环氧树脂、所使用的固化剂和/或催化剂的种类。
通常地,固化剂的合适量的范围可以是约0.80∶1至约1.50∶1、优选约0.95∶1至约1.05∶1当量的所述固化剂中的反应性氢原子/当量的在环氧树脂中的环氧基团。所述反应性氢原子是具有与环氧树脂中的环氧基团反应性的氢原子。
类似地,固化催化剂也以将有效地使可固化的环氧树脂组合物固化的量使用;然而,固化催化剂的量还将取决于所述可固化的环氧树脂组合物中存在的特定组分,例如种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂(A),环氧树脂化合物(C)以及所使用的固化剂和/或催化剂的种类。
通常地,基于所述可固化的环氧树脂组合物的总重量计,可以使用的固化催化剂的合适量是约0.0001至约2重量%,并且优选约0.01至约0.5重量%。
为了促进或以另外方式改变固化方法,在可固化环氧树脂组合物的固化方法中可以使用一种或多种固化催化剂。
组分(A),可用于上述的可固化环氧树脂组合物中的本发明的种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂,可以单独使用或可以与一种或多种不同的任选的环氧树脂,即组分(C)组合,以形成环氧树脂的混合物或共混物。因此,本发明还包括可固化环氧树脂共混组合物,所述可固化环氧树脂共混组合物包含种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂,即本发明的环氧树脂(A),比如上述的缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺;环氧树脂化合物(C),以及用于其的至少一种固化剂和/或至少一种固化催化剂(B)。在环氧树脂的共混物中,上述的缩水甘油醚和缩水甘油酯相对于组合物中其它环氧树脂(C)的重量比可以在约1∶0至约0.05∶0.95并且优选约0.4∶0.6至约0.7∶0.3的范围内。
可以用作环氧树脂化合物(C)的环氧树脂可以是任何含环氧的化合物,所述含环氧的化合物在每个分子中平均具有多于一个的环氧基团。环氧基团可以连接到任何氧、硫或氮原子上,或连接到在-CO-O-基团上的碳原子上的单键键合的氧原子。所述氧、硫、氮原子或-CO-O-基团的碳原子可以连接到脂族、脂环族、多环脂族或芳族烃基上。脂族、脂环族、多环脂族或芳族烃基可以被任何惰性取代基取代,所述惰性取代基包括但不限于卤素原子,优选氟、溴或氯;硝基;或所述基团可以连接到平均包含多于1个(O-CHRa-CHRa)t-基团的化合物的末端碳原子,其中每个Ra独立地为氢原子或含有1至2个碳原子的烷基或卤代烷基,条件是仅有1个Ra基团可以是卤代烷基,并且t的值为1至约100、优选1至约20并且更优选为1至约10,最优选1至约5。
适合于环氧树脂化合物(C)的环氧树脂的更具体实例包括:下列各项的二缩水甘油醚:1,2-二羟基苯(儿茶酚);1,3-二羟基苯(间苯二酚)、1,4-二羟基苯(氢醌)、4,4’-亚异丙基二酚(双酚A)、氢化双酚A、4,4’-二羟基二苯基甲烷、3,3’,5,5’-四溴双酚A、4,4’-硫代联苯酚;4,4’-磺酰基联苯酚;2,2′-磺酰基联苯酚;4,4’-二羟基二苯醚;4,4’-二羟基二苯甲酮;1,1’-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷;3,3’-5,5’-四氯双酚A;3,3’-二甲氧基双酚A;4,4’二羟基联苯;4,4’-二羟基-α-甲基茋;4,4’-二羟基苯甲酰苯胺;4,4’-二羟基茋;4,4’-二羟基-α-氰基茋;N,N’-双(4-羟基苯基)对苯二甲酰胺;4,4’-二羟基偶氮苯;4,4’-二羟基-2,2’-二甲基氧化偶氮苯;4,4′-二羟基二苯基乙炔;4,4′-二羟基查耳酮;4-羟基苯基-4-羟基苯甲酸酯;二丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、聚(丙二醇)、硫二甘醇;三(羟基苯基)甲烷的三缩水甘油醚;酚或烷基或卤素取代的酚-醛酸催化的缩合产物(酚醛清漆树脂)的多缩水甘油醚;下列各项的四缩水甘油基胺:4,4′-二氨基二苯基甲烷;4,4′-二氨基茋;N,N′-二甲基-4,4′-二氨基茋;4,4′-二氨基苯甲酰苯胺;4,4′-二氨基联苯;二环戊二烯或其低聚物与酚或烷基或卤素取代的酚的缩合产物的多缩水甘油醚;以及上述这些的任何组合。
环氧树脂组合物的一个实施方案包括(a)本发明的环氧酰胺和(b)一价或多价缩水甘油硫醚,缩水甘油胺,N-(缩水甘油基)酰胺,不由式I表示的缩水甘油醚,或不由式I表示的缩水甘油酯的混合物。在环氧树脂组合物的组分(b)中的缩水甘油醚可以是双酚A的二缩水甘油醚,4,4’-二羟基二苯酚甲烷的二缩水甘油醚、氢醌或间苯二酚。通常,组合物总重量的约10重量%至约40重量%可以包括环氧酰胺。
可以用作环氧树脂化合物(C)的环氧树脂还可以包括环氧树脂与含芳族二和多羟基或羧酸的化合物的增长反应(advancement reaction)产物。用于与含芳族二和多羟基或羧酸的化合物反应的环氧树脂可以包括种子油链烷醇酰胺的二官能的缩水甘油醚或酯。一个代表性的实例是基于还原加氢甲酰化的油酸甲酯和正烷基乙醇胺的氨解反应的二官能的缩水甘油酯)。
所述含芳族二-和多羟基或羧酸的化合物的实例包括氢醌;间苯二酚、儿茶酚、2,4-二甲基间苯二酚;4-氯间苯二酚;四甲基氢醌;双酚A(4,4’-亚异丙基联苯酚);4,4′-二羟基二苯基甲烷;4,4′-硫代联苯酚;4,4′-磺酰基联苯酚;2,2′-磺酰基联苯酚;4,4′-二羟基二苯醚;4,4′-二羟基二苯甲酮;1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷;4,4′-双(4(4-羟基苯氧基)-苯基砜)二苯基醚;4,4′-二羟基二苯基二硫醚;3,3′,3,5′-四氯-4,4′-亚异丙基联苯酚;3,3′,3,5′-四溴-4,4′-亚异丙基联苯酚;3,3′-二甲氧基-4,4′-亚异丙基联苯酚;4,4′-二羟基联苯;4,4′-二羟基-α-甲基茋;4,4′-二羟基苯甲酰苯胺;双(4-羟基苯基)对苯二甲酸酯;N,N′-双(4-羟基苯基)对苯二甲酸酰胺;双(4′-羟基联苯)对苯二甲酸酯;4,4′-二羟基苯基苯甲酸酯;双(4′-羟基苯基)-1,4-苯二亚胺;1,1′-双(4-羟基苯基)环己烷;间苯三酚;连苯三酚;2,2′,5,5′-四羟基二苯基砜;三(羟基苯基)甲烷;二环戊二烯联苯酚;三环戊二烯联苯酚;对苯二甲酸;间苯二甲酸;4,4′-苯甲酰苯胺二羧酸;4,4′-苯基苯甲酸二羧酸;4,4′-茋二羧酸;己二酸;以及上述这些的任何组合。
在一个实施方案中,低聚物可以通过采用多价亲核试剂使本发明的缩水甘油基酰胺增长而形成;其中多价亲核试剂可以是酚、羧酸、胺、硫醇或醇。在一个实施方案中,环氧树脂组合物可以通过将与(a)该低聚物与(b)环氧酰胺或环氧树脂组合物进行合并混合而制备。环氧树脂可以是双酚A的二缩水甘油醚,4,4’-二羟基二苯酚甲烷的二缩水甘油醚,氢醌或间苯二酚。
上述增长反应产物的制备可以使用已知的方法进行,所述已知的方法通常包括:环氧树脂与一种或多种在每个分子中平均具有多于1个反应性氢原子的合适化合物的组合。反应性氢原子是具有与环氧树脂中的环氧基团反应性的氢原子。每个分子中具有多于1个反应性氢原子的化合物相对于环氧树脂的比率通常是约0.01∶1至约0.95∶1、优选约0.05∶1至约0.8∶1并且更优选为约0.10∶1至约0.5∶1当量的反应性氢原子/当量的在环氧树脂中的环氧基团。
这些增长反应产物的实例可以包括二硫酚、二磺酰胺或含1个伯胺或酰胺基、2个仲胺基、1个仲胺基和一个酚式羟基,1个仲胺基和1个羧酸基团,或1个酚式羟基和1个羧酸基团的化合物,以及上述这些的任何组合。
增长反应可以在存在或不存在溶剂的情况下,采用加热和混合进行。增长反应可以在大气压、超大气压或亚大气压下并且在约20℃至约260℃、优选约80℃至约240℃并且更优选为约100℃至约200℃的温度进行。
完成增长反应所需要的时间取决于多种因素,比如所使用的温度、所使用的每个分子中具有多于1个反应性氢原子的化合物的化学结构,以及所使用的环氧树脂的化学结构。温度越高可以需要的反应时间越短,而温度越低需要的反应时间周期越长。
通常地,用于增长反应完成的时间可以在约5分钟至约24小时、优选约30分钟至约8小时并且更优选为约30分钟至约4小时的范围内。
在增长反应中还可以添加催化剂。催化剂的实例可以包括膦、季铵化合物、
Figure BPA00001258064000241
化合物和叔胺。催化剂可以以基于环氧树脂的总重量为约0.01至约3重量%、优选约0.03至约1.5重量%并且更优选为约0.05至约1.5重量%的量使用。
关于可用于本发明中的增长反应的其它细节在美国专利5,736,620和Henry Lee和Kris Neville的《环氧树脂手册》(Handbook of Epoxy Resins)中给出,它们通过引用结合在此。
种子油基链烷醇酰胺的环氧树脂(A),可以以功能当量的量添加到环氧树脂化合物(C)中。例如,根据拟用于环氧树脂组合物的具体最终用途,环氧树脂(A)可以以将提供具有一系列所需性质的环氧树脂组合物的量添加,所述所需性质例如是耐紫外光辐射性、增加的耐冲击性等。
在一个实施方案中,环氧树脂组合物可以通过混合(a)包含衍生自至少一种种子油基链烷醇酰胺的缩水甘油醚酰胺的环氧酰胺和(b)一种或多种除环氧树脂(a)以外的环氧树脂而制备;其中种子油基链烷醇酰胺包括脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种。
通常,基于环氧树脂组合物的总重量,种子油基链烷醇酰胺(A)的环氧树脂可以以约0.5至约99%、优选约5至约55%并且更优选为约10至约40%的量使用。
可固化环氧树脂组合物还可以与至少一种或多种任选添加剂共混,所述添加剂包括例如固化促进剂、溶剂、稀释剂(包括非反应性稀释剂、单环氧化物稀释剂、反应性非环氧化物稀释剂)、改性剂,比如流动改性剂或增稠剂、增强剂、填料、颜料、染料、脱模剂、润湿剂、稳定剂、防火剂、表面活性剂或上述这些的任何组合。
这些添加剂可以以功能当量的量添加,例如,颜料和/或染料可以以将提供具有所需颜色的组合物的量添加。通常地,基于可固化环氧树脂组合物的总重量,添加剂的量可以是约0至约20重量%、优选约0.5至约5重量%并且更优选为约0.5至约3重量%。
可以在本文中使用的固化促进剂包括例如单、二、三和四元酚;氯化的酚;脂族或脂环族单或二羧酸;芳族羧酸;羟基苯甲酸;卤化的水杨酸;硼酸;芳族磺酸;咪唑类;叔胺;氨基醇类;氨基吡啶类;氨基酚类;巯基酚类;以及上述这些的任何混合物。
特别合适的固化促进剂包括2,4-二甲基苯酚、2,6-二甲基苯酚、4-甲基苯酚、4-叔丁基苯酚、2-氯苯酚、4-氯苯酚、2,4-二氯苯酚、4-硝基苯酚、1,2-二羟基苯、1,3-二羟基苯、2,2’-二羟基联苯、4,4’-亚异丙基联苯酚、戊酸、草酸、苯甲酸、2,4-二氯苯甲酸、5-氯水杨酸、水杨酸、对-甲苯磺酸、苯磺酸、羟基苯甲酸、4-乙基-2-甲基咪唑、1-甲基咪唑、三乙胺、三丁胺、N,N-二乙基乙醇胺、N,N-二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲基氨基)苯酚、4-二甲基氨基吡啶、4-氨基苯酚、2-氨基苯酚、4-巯基苯酚或它们的任何组合。
可以在本文中使用的溶剂的实例包括例如脂族和芳族烃、卤代脂族烃、脂族醚、脂族腈、环状醚、二醇醚、酯、酮、酰胺、亚砜,以及它们的任何组合。
特别合适的溶剂包括戊烷、己烷、辛烷、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二乙醚、四氢呋喃、1,4-二
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烷、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、甲基氯仿、乙二醇二甲基醚、二甘醇甲基醚、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、环丁砜,以及它们的任何组合。
可固化环氧树脂组合物还可以包含稀释剂;其中稀释剂包括以下中的至少一种:非反应性稀释剂、单环氧化物稀释剂、除环氧树脂组合物以外的稀释剂、反应性非环氧化物稀释剂和它们的任何组合。
可以在本文中使用的稀释剂的实例包括例如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、苯乙烯、低分子量聚苯乙烯、氧化苯乙烯、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、乙烯基环己烯化氧、新戊二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、二甘醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、聚(丙二醇)二缩水甘油醚、硫二甘醇二缩水甘油醚、马来酸酐、ε-己内酰胺、丁内酯、丙烯腈以及上述这些的任何组合。
特别合适的稀释剂包括例如环氧树脂稀释剂,比如上述的新戊二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、二甘醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、聚(丙二醇)二缩水甘油醚、硫二甘醇二缩水甘油醚以及上述这些的任何组合。
基于可固化环氧树脂组合物的总重量,改性剂如增稠剂和流动改性剂可以以0至约10重量%、优选约0.5至约6重量%并且更优选为约0.5至约4重量%的量使用。
可以在本文中使用的增强材料包括处于机织物、席子、单丝、复丝、单向纤维、粗纱、无规纤维或长丝形式的天然和合成纤维;无机填料或须或空心球。其它合适的增强材料包括玻璃、碳、陶瓷、尼龙、人造丝、棉、芳族聚酰胺、石墨、聚对苯二甲酸亚烷基酯(polyalkylene terephthalates)、聚乙烯、聚丙烯、聚酯,以及上述这些的任何组合。
可以在本文中使用的填料包括例如无机氧化物、陶瓷微球、塑料微球、玻璃微球、无机须、碳酸钙、以及上述这些的任何组合。
基于可固化环氧树脂组合物的总重量,所述填料可以以约0至约95重量%、优选约10至约80重量%并且更优选为约40至约60重量%的量使用。
根据本发明,固化的环氧树脂可以通过固化上述的可固化环氧树脂组合物的方法制备。
在本文中所述的固化可固化环氧树脂组合物的方法可以在大气压、超大气压或亚大气压以及在约0℃至约300℃、优选约25℃至约250℃并且更优选为约25℃至约200℃的温度进行。
完成固化可固化环氧树脂组合物的方法所需的时间取决于所使用的温度。越高的温度需要的固化时间越短,而越低的温度需要的固化时间越长。通常地,所述方法可以在约1分钟至约48小时、优选约15分钟至约24小时并且更优选为约30分钟至约12小时完成。
还可操作的是,部分固化(乙阶段(B-stage))本发明的可固化环氧树脂组合物,以形成乙阶段产物,以及接着在稍后的时间完全固化乙阶段产物。
本文中描述的某些环氧树脂组合物可以在不使用溶剂的情况下拥有较低的粘度,并且在室温可能不表现出结晶,即使在延长的储存时间之后也是如此。另外,如果环氧树脂组合物包括低氯化物(离子的,可水解的,和总的)形式的环氧树脂时,则所得的可固化环氧树脂组合物还将拥有低的氯化物含量,其可以为固化部件提供对于常规环氧树脂固化剂增加的反应性,更高的内在二或多缩水甘油醚含量,降低的潜在腐蚀性,以及改善的电性能。
本文中描述的固化环氧树脂可以表现出物理和机械性质的改善。例如,固化环氧树脂可以具有下列性质中的一种或多种:高玻璃化转变温度、改进的耐湿性和耐腐蚀性,改进的UV稳定性,改进的涂层性质以及与常规环氧树脂固化剂的相容性。
如还在下列实施例中所示的,相对于单独使用双酚A缩水甘油醚的环氧树脂制备的相应涂料,使用所述环氧树脂组合物制备的涂料表现出更好的涂层质量,改进的耐甲基乙基酮性,增加的硬度、更高的耐冲击性和耐弯曲性,没有损失粘附性、耐紫外辐射性(非粉化涂层)和快速固化的保持。
本发明的环氧树脂或固化环氧树脂可以用于涂料,尤其是提供耐溶剂性、耐湿性、耐磨损性以及耐候性的保护性涂层;电或结构层压体或复合物;长丝缠绕体(filament windings);模制品;铸塑品;包封体;用于塑料的稳定剂添加剂;等。
实施例
在实施例和比较实验中使用下列标准分析设备和方法:
使用DB-1毛细管柱(61.4m×0.25mm,Agilent)并且使用Hewlett Packard 5890 Series II Plus气相色谱仪。将柱子保持在初始温度为50℃的色谱仪烘箱中。将注射器入口和火焰电离检测器保持在300℃。将通过柱子的氦载气流保持在1.1mL/min。温度程序在50℃采用2分钟的保持时间,到达300℃的最终温度的加热速率为10℃/min,并且在300℃的保持时间为15min。当在有不从柱子洗脱的低聚物的情况下分析样品时,将色谱仪烘箱在分析下一个样品之前保持在300℃,直至残留的低聚物已经被“烧掉”。下列实施例中的全部GC分析是以面积%进行测量的,并且其本身不是任何给定组分的定量量度。
用于GC分析的样品通过以下方法而制备:从环氧化工艺收集0.5mL的环氧树脂产物等分试样,并且加入到含有1mL乙腈的瓶中。将在乙腈中的一部分产物混合,然后装填到1mL注射器(Norm-Ject,全部聚丙烯/聚乙烯,Henke Sass Wolf GmbH)中,并且通过注射过滤器(具有0.2μm PTFE膜的Acrodisc CR 13,Pall Corporation,Gelman Laboratories)以移除任何无机盐或碎片。
可水解的氯化物通常由偶联产物(例如氯代醇中间体)产生,所述偶联产物未在环氧化方法中被氢氧化钠脱氯化氢而环化以得到环氧化物环。离子性的氯化物包括来自环氧化方法的夹带在环氧树脂产物中的氯化钠副产物(co-product)。氯化钠是在氯代醇被氢氧化钠脱氯化氢时共同产生的。总的氯化物是氯以氯甲基的形式结合至环氧树脂结构中的原因。氯甲基是作为氯代醇中间体中的仲羟基与表氯醇的偶联反应的结果而形成的。离子的和可水解的以及总的氯化物是使用滴定方法测定的,而总的氯化物是通过X射线荧光分析测定的。
使用标准滴定方法测定在各种环氧树脂中的%环氧化物。将样品称重(在约0.1-0.2g的范围内)并且溶解在二氯甲烷(15mL)中。将在乙酸(15mL)中的溴化四乙基铵溶液加入到样品中。使用3滴结晶紫溶液(在乙酸中0.1%w/v)处理所得的溶液,并且在Metrohm 665 Dosimat滴定仪(Brinkmann)上采用在乙酸中的0.1N高氯酸进行滴定。包含二氯甲烷(15mL)和在乙酸(15mL)中的溴化四乙基铵溶液的空白样品的滴定提供用于溶剂背景的校正。这种滴定的通常方法可以在科技文献,例如,Jay,R.R.,“环氧化合物和氮丙啶的直接滴定(Direct Titration of Epoxy Compounds and Aziridines)”,Analytical Chemistry,36,3,667-668(March,1964)中找到。
使用Fisher Multiscope厚度测试仪测定沉积在铁磁性基板上的非磁性涂层的厚度。Fisher Multiscope包括探针,并且在将探针靠着涂层放置并且启动Multiscope之后通过磁诱导工作,以显示涂层厚度。在本文中报道的涂层厚度值表示15个涂层厚度测量结果的平均值。
%羟基(也称为羟基值)是使用ASTM Method D 4274测定的。为了测定样品的%羟基,将样品溶解在吡啶中并且在已经添加在吡啶中已知过剩的邻苯二甲酸酐之后使用1.0N氢氧化钠水溶液通过电位滴定法滴定。
膜硬度是采用铅笔试验根据ASTM Method D 3363测定的。将涂布的面板放置在坚固的水平表面上。然后操作者将已知硬度的铅笔以45°角紧紧地保持在涂层或膜上,并且推动铅笔远离操作者的身体,划出1/4英寸(6.5mm)。试验从最软的铅笔(6B)开始,并且继续采用逐渐变硬的铅笔(朝9H)直至一划使得铅笔划入或凿入膜或涂层。涂层铅笔硬度记录为划入或凿入涂层的铅笔之前的铅笔的铅硬度。
ASTM Method D 5402用于测定甲基乙基酮(MEK)双重摩擦。使被浸渍在MEK中的8层纱布覆盖的2磅(4.4kg)圆头锤的圆形末端(锤尖)来回通过涂布的面板的表面直至涂层损坏。在该测试中仅仅使用锤子的重量和引导纱布覆盖的锤尖跨过涂层所需的力。在涂层下面的面板基板暴露时发生涂层损坏。使用酸性硫酸铜验证基板暴露和涂层损坏。试验重复数次,并且该测试的算术平均值记录为“MEK双重摩擦损坏值”。
使用根据ASTM Method D 522-93a的1/8英寸锥形心轴弯曲试验测定挠性。使用由Gardner Lab,Inc提供的测试设备测量附着至厚度不大于1/32英寸(0.8mm)的片状金属基板的有机涂层的挠性(耐开裂性)。该测试设备由平滑的金属锥形心轴(8英寸(20.3cm)的长度,1/8英寸(3.2mm)的小末端直径和1.5英寸(38.1mm)的大末端直径、旋转面板弯曲臂和面板夹具组成,它们全部被安装在金属基底上。将涂布的片状金属基板夹入到设备中,并且相对于垂线弯曲约135°。在弯曲处附近检查涂布的金属基板的裂纹,并且如果存在,则从锥形心轴的小末端测量裂纹长度。所测量的裂纹长度记录为“损坏距离”。
根据ASTM D 3359-90,Test Method B的交叉阴影线粘附测试用来测试已固化的涂层。使用11-刃的刀片切割面板上沉积的已固化涂层,以产生三个交叉阴影线部分。将遮蔽胶带的条紧紧地按压到每一个交叉阴影线部分,然后快速地移除。使用放大镜检查涂层,以确定有多少涂层(如果有的话)已经被遮蔽胶带移除。当切割边缘看起来完全光滑并且没有一个涂层从交叉阴影线部分的方框内部移除时,对涂层的评价为“合格”。当看来涂层的至少一部分在切割接合点附近或从交叉阴影线部分的内部或两者不存在时,评价为“不合格”。
有机涂层对快速变形(冲击)的抵抗力是使用ASTM Method D 2794直接冲击和反面冲击测定的。将标准重量(4磅(8.8kg))以一定距离落到硬度试验压头(indenter)上,其使固化膜和在固化膜或涂层下面的基板或面板都变形。硬度试验压头可以被放置在固化膜上以对其强行挤压(intrusion)并且评价对直接冲击的抵抗力,或者被放置在与粘合已固化涂层的表面相反的基板或面板表面上,以施加挤压力,从而评价对反面冲击的抵抗力。逐渐增加重物下落的距离直至达到发生涂层破损的距离。已固化膜或涂层通常由于裂开而破损,这在通过放大镜观察时在视觉上更明显,特别是在将酸性硫酸铜溶液施用到变形后的已固化膜或涂层之后。
使用ASTM Method D 523测定光泽。使用Gardner Micro Tri光泽计从涂层的水平表面以20°、60°和85°的角度进行镜面光泽(spectral gloss)测量(光反射率百分比)。记录在这些角度的每一个的光泽测量值的平均值。
涂层的QUVA测试是使用ASTM Method G 53进行的。在固化之后,涂层的光泽是使用光泽计根据ASTM method D 523测量的。然后将面板放置在ASTM Method G 53中所述的设备上,其中在重复循环中将它们交替地在60℃暴露紫外光4小时并且在50℃暴露于水冷凝下4小时。在该设备的紫外辐射来自在340nm波长工作的UV-A型灯的阵列。为了确定这些条件对光泽的影响,大致每隔100小时将面板暂时地从设备中移除,并且进行测量。
下列实施例和比较实验进一步更详细地说明本发明,但是不应解释为限制其范围。
实施例1
A.由二乙醇胺和蓖麻油制备酰胺多元醇
将蓖麻油(200.07g)和二乙醇胺(276.03g,2.62摩尔)投入2L圆底烧瓶,该圆底烧瓶配备有机械搅拌和回流冷凝器。将烧瓶置于电加热套中。通过具有热电偶的温度控制器来控制加热套,热电偶插入与烧瓶内容物接触的玻璃阱中。将搅拌的反应烧瓶内容物加热至120℃。将混合物在120℃搅拌过夜。第二天早晨,取出样品用于傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析,其显示出在1733cm-1的痕量酯的吸光度。然后使反应混合物冷却至环境温度,并且加入1kg的氯仿。然后使用400g的2%NaCl水溶液将氯仿溶液洗涤4次。将洗涤的氯仿溶液通过无水硫酸镁干燥并且过滤。将滤液在60℃和2.3mm Hg旋转蒸发5小时以移除氯仿。最终产物在环境温度下为液体。FTIR光谱分析和1H NMR分析支持了下面提供的蓖麻油醇酸酰胺三醇结构。该材料的%OH为12 56。
Figure BPA00001258064000311
来自蓖麻油的酰胺多元醇
B.蓖麻油酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的合成
将来自上述实施例1A部分的蓖麻油酰胺多元醇的一部分(95g)与甲苯(250mL)一起加入到玻璃瓶中,并且溶解以形成溶液。将硫酸钠(粒状,无水)(30g)加入到溶液中,随后在机械摇床上温和混合4小时。通过负载在粗烧结的玻璃漏斗中的新鲜硫酸钠(粒状,无水)(40g)的床过滤所得的产物浆液,其中将另外的甲苯(75mL)用于将残留在过滤器的内含物中的产物洗涤到滤液中。使用120℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供干燥的蓖麻油酰胺多元醇(93g)。
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(185.0g.2.0摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(44.0g,1.10摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(99.4g,0.70mol)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将预热的干燥蓖麻油酰胺多元醇(66.5g,0.491-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。开始搅拌以提供25℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌7分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就将最初的蓖麻油酰胺多元醇等分试样(3mL)加入到反应器内。在等分试样的添加过程中将反应温度保持在40℃,除非另外指出。如下添加等分试样:
Figure BPA00001258064000321
通过高压液相色谱(HPLC)监控环氧化反应的进程。在反应累计41小时之后,停止稀的棕褐色浆液的加热,随后添加甲基异丁基酮(MIBK)(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤。使用70℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供102.17g浅琥珀色的略微浑浊的液体。将残留在硅藻土上面的固体收集到容纳新鲜MIBK(400mL)的瓶中,然后放置在机械摇床上1小时。然后通过硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤,随后旋转蒸发另外的滤液,以提供累计102.70g的产物。在140℃进一步旋转蒸发1小时,提供96.19g的产物,为透明、黄色的液体。GC分析表明,基本上全部的低沸点组分,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物,已经被移除。HPLC分析表明蓖麻油酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出18.56%环氧化物(231.84EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1643.7cm-1和对于多元醇反应物的1622.7cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3373.4cm-1的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3438.4cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1111.8cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.3cm-1,910.7cm-1和849.1cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1734.0cm-1和1731.4cm-1),这可能表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的蓖麻油酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(work up)(在140℃的旋转蒸发)后回收的产物。
Figure BPA00001258064000341
实施例2
基于来自实施例1B部分的缩水甘油醚的涂料的制备和测试
将来自实施例1B部分的蓖麻油酰胺多元醇缩水甘油醚(20.0g,0.0863当量)、D.E.R.TM 331环氧树脂、陶氏化学公司的双酚A二缩水甘油醚(10.00g,0.0531当量)、AncamideTM 2353固化剂(15.89g,0.1394当量,可获自Air Products)和3滴BYKTM 310在玻璃瓶中合并。然后将这些组分搅拌以得到均匀的透明液体。使用来自BYK Chemie USA的#48下拉棒在0.03英寸×4英寸×12英寸的抛光的冷轧钢面板上由这种液体下拉出涂层。还使用10密耳下拉棒(也来自BYK Chemie)将这种制剂涂覆到3英寸×6英寸未抛光的带卷涂覆白色面板。然后将涂层在环境条件固化7天,然后在强制空气对流烘箱中于140℉后固化24小时。在固化后,使用Fisherscope膜厚度计测量涂层厚度。然后测试涂层。在表1中给出了在冷轧钢面板上的涂层的测试所得到的性能,并且在表2中给出了来自在带卷涂覆白色面板上的涂层的QUVA测试的那些性能。
实施例3
A.由二乙醇胺和还原加氢甲酰化的大豆油甲酯(3.3平均羟基官能 度)制备酰胺多元醇
将通过大豆油(400.00g,1.3平均羟基官能度)的还原加氢甲酰化得到的在骨架中含有伯甲基羟基的甲酯、0.916g的85%KOH和二乙醇胺(514.33g;4.86摩尔)投入到3L圆底烧瓶中,该圆底烧瓶配备有机械搅拌和连接至冷凝器的迪安和斯塔克分水器。将烧瓶置于电加热套中。通过具有热电偶的温度控制器来控制加热套,热电偶插入与烧瓶内容物接触的玻璃阱中。将搅拌的反应烧瓶内容物加热至110℃。将混合物在110℃搅拌过夜。第二天早晨,取出样品用于FTIR光谱分析,其显示出在1735cm-1的痕量酯的吸光度。然后使反应混合物冷却至环境温度,并且加入1500mL甲苯。然后使用500g的5%NaHCO3水溶液将甲苯溶液洗涤4次。将洗涤的甲苯溶液通过无水硫酸镁干燥并且过滤。将滤液在60℃和全真空下旋转蒸发3小时,并且在80℃和全真空下旋转蒸发3小时,以移除甲苯。最终产物在环境温度下为半固体。FTIR光谱分析和1H NMR分析支持了酰胺多元醇结构。该材料的%OH为13.23。
B.还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3平均羟基官能度)的聚缩 水甘油醚的合成
将来自上述A部分的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3平均羟基官能度)的一部分(125g)与二氯甲烷(500mL)一起加入到玻璃瓶中,并且溶解以形成溶液。将硫酸钠(粒状,无水)(40g)加入到溶液中,随后在机械摇床上温和混合16小时。通过负载在粗烧结的玻璃漏斗中的新鲜硫酸钠(粒状,无水)(40g)的床过滤所得的产物浆液,其中将另外的二氯甲烷(75mL)用于将残留在过滤器的内含物中的产物洗涤到滤液中。完成滤液旋转蒸发以移除二氯甲烷。将甲苯(200mL)加入到所得的产物中,从而形成浆液,使用120℃的最高油浴温度将该浆液进行旋转蒸发,以提供干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(122g)。
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(185.0g.2.0摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(44.0g,1.10摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(85.2g,0.60mol)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将预热的干燥还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(63.8g,0.491-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。开始搅拌以提供25℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌3分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就将最初的干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇等分试样(4mL)加入到反应器内。在等分试样的添加过程中将反应温度保持在40℃,除非另外指出。如下添加等分试样:
Figure BPA00001258064000361
通过HPLC监控环氧化反应的进程。在反应累计5.5小时之后,将另外的表氯醇(46.3g,0.50mol)加入至反应器内的稠但是仍然容易搅拌的浅棕褐色浆液。在反应累计23.7小时之后,停止稀的棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤。使用70℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供101.06g不透明白色液体。将残留在硅藻土上面的固体收集到容纳新鲜MIBK(400mL)的瓶中,然后放置在机械摇床上1小时。然后通过硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤,随后旋转蒸发另外的滤液,以提供累计98.5g酱色的浑浊产物(注释:由于更充分的旋转蒸发,获得的重量更少)。将产物溶解在甲苯(150mL)中,然后通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1.5英寸硅藻土垫进行真空过滤。使用70℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供89.95g透明黄色液体。
在140℃进一步旋转蒸发1小时,提供86.4g透明、黄色的液体。GC分析表明,基本上全部的低沸点组分,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物,已经被移除。HPLC分析表明还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出21.57%环氧化物(199.48EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1645.4cm-1和对于多元醇反应物的1622.1cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3362.9cm-1的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3456.2cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1108.9cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.2cm-1、910.6cm-1和848.6cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1734.7cm-1和1732.5cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在140℃的旋转蒸发)后回收的产物。
Figure BPA00001258064000381
实施例4
基于来自实施例3B部分的缩水甘油醚的涂料的制备和测试
将来自实施例3B部分的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇缩水甘油醚(11.48g,0.0575当量)、D.E.R.TM 331环氧树脂,可获自陶氏化学公司的双酚A二缩水甘油醚(5.74g,0.0305当量)、Air Products的AncamideTM 2353固化剂(10.03g,0.0880当量)和3滴BYKTM 310在玻璃瓶中合并。然后将这些组分搅拌以得到均匀的透明液体。使用来自BYK Chemie USA的#48下拉棒在0.03英寸×4英寸×12英寸的抛光的冷轧钢面板上由这种液体下拉出涂层。还使用10密耳下拉棒(也来自BYK Chemie)将这种制剂涂覆到3英寸×6英寸未抛光的带卷涂覆白色面板。然后将涂层在环境条件固化7天,然后在强制空气对流烘箱中于140℉后固化24小时。在固化后,使用Fisherscope膜厚度计测量涂层厚度。然后测试涂层。在表1中给出了在冷轧钢面板上的涂层的测试所得到的性能,并且在表2中给出了来自在带卷涂覆白色面板上的涂层的QUVA测试的那些性能。
实施例5
基于根据实施例3B部分制备的缩水甘油醚的涂料的制备和测试
将根据实施例3B部分制备的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇缩水甘油醚(21.11g,0.1033当量)、Air Products的AncamideTM 2353固化剂(11.78g,0.1033当量)和3滴BYKTM 310在玻璃瓶中合并。然后将这些组分搅拌以得到均匀的透明液体。使用来自BYK Chemie USA的#48下拉棒在0.03英寸×4英寸×12英寸的抛光的冷轧钢面板上由这种液体下拉出涂层。还使用10密耳下拉棒(也来自BYK Chemie)将这种制剂涂覆到3英寸×6英寸未抛光的带卷涂覆白色面板。然后将涂层在环境条件固化7天,然后在强制空气对流烘箱中于140℉后固化24小时。在固化后,使用Fisherscope膜厚度计测量涂层厚度。然后测试涂层。在表1中给出了在冷轧钢面板上的涂层的测试所得到的性能,并且在表2中给出了来自在带卷涂覆白色面板上的涂层的QUVA测试的那些性能。
实施例6
在增加洗涤(Washing)的情况下还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多 元醇(3.3平均羟基官能度)的聚缩水甘油醚的合成
使用实施例3A部分的方法完成由二乙醇胺和还原加氢甲酰化的大豆油甲酯(3.3羟基官能的)制备酰胺多元醇,唯一的不同之处在于,使用500mL的5%NaHCO3水溶液洗涤甲苯溶液总共5次,随后使用500mL的去离子水洗涤2次。该材料的%OH为13.578。使用实施例3B部分的方法合成聚缩水甘油醚,不同之处在于,还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3官能的)反应物不通过无水硫酸钠预先干燥,而是直接使用。HPLC分析表明还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出22.466%环氧化物(191.54EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:保持了酰胺键在聚缩水甘油醚(1645.4cm-1)中的完整性,在多元醇反应物中的羟基转化,而在聚缩水甘油醚中存在很小的羟基吸光度(3447.6cm-1),在聚缩水甘油醚中出现强脂族醚C-O伸缩振动(1108.6cm-1),以及在聚缩水甘油醚中出现环氧化物醚C-O伸缩振动(1253.2cm-1,910.6cm-1和848.4cm-1)。多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度,这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在100℃的旋转蒸发)后回收的产物。
比较实验A-基于D.E.R. TM  331环氧树脂(对照)的涂料的制备和测试
将D.E.R.TM 331环氧树脂,可获自陶氏化学公司的双酚A二缩水甘油醚(30.00g,0.159当量)、AncamideTM 2353固化剂(18.14g,0.159当量,可获自Air Products)和3滴BYKTM310在玻璃瓶中合并。然后将这些组分搅拌以得到均匀的透明液体。使用来自BYK Chemie USA的#48下拉棒在0.03英寸×4英寸×12英寸的抛光的冷轧钢面板上由这种液体下拉出涂层。还使用10密耳下拉棒(也来自BYK Chemie)将这种制剂涂覆到3英寸×6英寸未抛光的带卷涂覆白色面板。然后将涂层在环境条件固化7天,然后在强制空气对流烘箱中于140℉后固化24小时。在固化后,使用Fisherscope膜厚度计测量涂层厚度。然后测试涂层。在表1中给出了在冷轧钢面板上的涂层的测试所得到的性能,并且在表2中给出了来自在带卷涂覆白色面板上的涂层的QUVA测试的那些性能。
实施例7
A.由二乙醇胺和11-羟基十一酸甲酯制备酰胺多元醇
将11-羟基十一酸甲酯(158.4g;0.7322mol)、二乙醇胺(154.8g;1.472摩尔)、85%氢氧化钾(2.60g;0.039mol)和140mL甲苯投入到500mL圆底烧瓶中,该圆底烧瓶配备有磁力搅拌和水冷的回流冷凝器。将烧瓶置于电加热套中的砂浴。通过具有插入砂浴的热电偶的温度控制器来控制砂浴温度。将反应烧瓶加热至60℃,此时全部反应物溶解在甲苯中以得到透明溶液。将混合物在60℃搅拌24小时。在24小时,取出样品用于FTIR,显示出在1729cm-1的痕量酯的吸光度。加入更多的二乙醇胺(10.2g)并且将反应混合物在60℃搅拌另外18小时。使反应混合物冷却至室温,然后在35℃和4英寸Hg旋转蒸发2小时以移除甲醇。将所得的固体用350mL的2%NaCl水溶液搅拌3小时,然后通过粗玻璃烧结的布氏漏斗进行真空过滤并且用100mL的2%NaCl水溶液进行漂洗。将固体与350mL的新鲜2%NaCl水溶液混合3小时,然后通过粗玻璃烧结的布氏漏斗进行过滤。将固体用100mL的2%NaCl水溶液漂洗2次,随后用100mL去离子水漂洗。在通风橱中使产物风干3天。将固体(180.7g)与500mL甲苯混合2小时,然后通过粗玻璃烧结的布氏漏斗进行过滤。将固体用200mL的甲苯漂洗2次,并且使其风干过夜。然后将该材料旋转蒸发至恒重。白色粉末的最终产物称重为158.9g(理论值的75.0%)。对产物进行FTIR、1HNMR和13C NMR分析。这些分析支持了下面给出的酰胺三醇结构。
Figure BPA00001258064000431
由甲基11-羟基十一酸酯制备酰胺多元醇
B.羟甲基十一酸酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的合成
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(296.1g,3.2摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(35.8g.0.9摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(79.5g,0.56mol)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)、磨砂玻璃塞和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将来自上述实施例7A部分的固体羟甲基十一酸酯酰胺多元醇(40.5g.0.40-OH当量)称重至瓶中并且密封。开始搅拌以提供24℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌2分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就使用刮勺将最初的固体羟甲基十一酸酯酰胺多元醇等分试样(2.62g)加入到反应器内。在等分试样的添加过程中将反应温度保持在40℃,除非另外指出。如下添加等分试样:
Figure BPA00001258064000441
通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在反应累计69.3小时之后,停止稀的棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。将MIBK浆液等分到4个聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在2000RPM离心40分钟。使用真空通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫滗析透明液体的上层。使用新鲜的MIBK(400mL)将残留在瓶子中的固体相等地稀释,然后在机械摇床上放置1小时,随后如前所述那样离心和滗析。将另外的MIBK(50mL)用于将残留在过滤器的内含物中的产物洗涤到滤液中。使用140℃的最高油浴温度完成1小时滤液旋转蒸发,提供54.19g的透明浅琥珀色液体。GC分析表明,基本上全部的低沸点组分,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物,已经被移除。HPLC分析表明羟甲基十一酸酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出26.10%环氧化物(164.87EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实(注释:通过使固体融解在KCl片上而制备多元醇反应物的膜):
(1)在对于聚缩水甘油醚的1644.1cm-1和对于多元醇反应物的1604.7cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
2)多元醇反应物中在3427.8cm-1和3225.9cm-1(也存在肩峰)的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3458.7cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1110.1cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.8cm-1,909.8cm-1和851.7cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1733.8cm-1和1733.6cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的11-羟基十一酸甲酯酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在140℃的旋转蒸发)后回收的产物。
Figure BPA00001258064000461
实施例8
基于来自实施例7B部分的缩水甘油醚的涂料的制备和测试
将来自实施例7B部分的11-羟基十一酸甲酯酰胺多元醇缩水甘油醚(4.02g,0.0244当量)、D.E.R.TM 331环氧树脂,可获自陶氏化学公司的双酚A二缩水甘油醚(2.01g,0.0106当量)、Air Products的AncamideTM 2353固化剂(4.00g,0.0880当量)和3滴BYKTM310在玻璃瓶中合并。然后将这些组分搅拌以得到均匀的透明液体。使用来自BYK Chemie USA的#48下拉棒在0.03英寸×4英寸×12英寸的抛光的冷轧钢面板上由这种液体下拉出涂层。还使用10密耳下拉棒(也来自BYK Chemie)将这种制剂涂覆到3英寸×6英寸未抛光的带卷涂覆白色面板。然后将涂层在环境条件固化5天,然后在强制空气对流烘箱中于140℉后固化24小时。在固化后,使用Fisherscope膜厚度计测量涂层厚度。然后测试涂层。在表1中给出了在冷轧钢面板上的涂层的测试所得到的性能,并且在表2中给出了来自在带卷涂覆白色面板上的涂层的QUVA测试的那些性能。
实施例9
A.由二乙醇胺和还原加氢甲酰化的大豆油甲酯(3.0平均羟基官能 度)制备酰胺多元醇
将还原加氢甲酰化的大豆油甲酯(400.0g,1.3平均羟基官能度)和511.7g二乙醇胺称重到2000ml的3颈烧瓶中,该烧瓶配备有加热套、热电偶、机械搅拌器、具有冷凝器的迪安和斯塔克分水器和氮气顶部空间吹洗管。将0.93g KOH在10mL甲醇中的溶液加入到烧瓶中。将烧瓶加热至110℃并且在110℃保持过夜。第二天早晨,使内含物冷却,之后溶解于1000g甲苯中。使用1600g的2重量%NaHCO3水溶液将溶液洗涤3次,用80g MgSO4干燥并且通过溶剂的旋转蒸发在减压下和60℃分离产物。回收约450g产物。产物的1H NMR和FTIR分析与酰胺三醇结构一致。
B.还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.0平均羟基官能度) 的聚缩水甘油醚的合成
将来自上述A部分的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.0平均羟基官能度)的一部分(175g)与二氯甲烷(500mL)一起加入到玻璃瓶中,并且溶解以形成溶液。将硫酸钠(粒状,无水)(50g)加入到溶液中,随后在机械摇床上温和混合16小时。通过负载在粗烧结的玻璃漏斗中的新鲜硫酸钠(粒状,无水)(40g)的床过滤所得的产物浆液,其中将另外的二氯甲烷(75mL)用于将残留在过滤器的内含物中的产物洗涤到滤液中。完成滤液旋转蒸发,以移除二氯甲烷。将甲苯(200mL)加入到所得的产物中,从而形成浆液,使用120℃的最高油浴温度将该浆液进行旋转蒸发,以提供干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(172.8g)。
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(185.0g.2.0摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(44.0g,1.10摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(85.2g,0.60mol)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将预热的干燥还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(67.7g,0.491-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。开始搅拌以提供25℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌13分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就将最初的干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇等分试样(8mL)加入到反应器内。在等分试样的添加过程中将反应温度保持在40℃,除非另外指出。如下添加等分试样:
Figure BPA00001258064000481
在反应累计23.2小时之后,停止稀的棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤。使用70℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供95.07g产物。将残留在硅藻土上面的固体收集到容纳新鲜MIBK(400mL)的瓶中,然后放置在机械摇床上1小时。然后通过硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤,随后旋转蒸发另外的滤液,以提供累计98.8g的产物。在120℃进一步旋转蒸发1小时,然后在140℃旋转蒸发1小时,接着在还是热的时候通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫过滤,提供略微不透明、琥珀色的液体。GC分析表明,基本上全部的低沸点组分,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物,已经被移除。HPLC分析表明还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.74%环氧化物(207.49EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1645.6cm-1和对于多元醇反应物的1619.7cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3380.6cm-1的羟基转化,而聚缩水甘油醚中只存在痕量的羟基吸光度,
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1109.0cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.2cm-1,910.5cm-1和848.5cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1734.1cm-1和1733.6cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在140℃的旋转蒸发)后回收的产物。
Figure BPA00001258064000501
实施例10
蒸馏的9-和10-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的合成
将2升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(602.3g,6.51摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(107.5g.2.69摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(208.3g,1.47摩尔)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在-3℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)、磨砂玻璃塞和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇(165.94g,1.20-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。使用的硬脂酸羟甲酯为主要由9-和10-硬脂酸羟甲酯的混合物组成的蒸馏产物(通过HPLC分析为88.7面积%,其中一种异构体占40.5面积%,而另一种异构体占48.2面积%,余量为在0.60至3.8面积%范围内的9种少量组分)。该材料的羟基当量为138.288。开始搅拌以提供22℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌15分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就开始硬脂酸羟甲酯的滴加。在添加过程中将反应温度保持在40℃,所述添加在3.7小时内完成。通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在完成添加后5.55小时反应浆液的粘度增加,但是反应浆液仍然容易搅拌。此时添加另外的表氯醇(100mL),从而降低粘度。在完成添加后累计43.55小时,停止稀的浅棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(800mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。将MIBK浆液等分到8个聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在3000RPM离心1小时。使用带真空的侧臂烧瓶通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的硅藻土垫(1英寸Celite 545下层,1/2英寸Celite Standard Super Cel中间层,1英寸Celite 545上层)滗析透明液体的上层。使用带真空的侧臂烧瓶将略微浑浊的滤液回收并且通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的第二硅藻土垫(1英寸Celite 545下层,1/2英寸Celite 577中间层,1英寸Celite 545上层)。来自该第二次真空过滤的滤液是透明的。使用新鲜的MIBK(275g)将残留在瓶子中的固体相等地稀释,然后在机械摇床上放置45分钟,随后如前所述那样离心和倾析。将另外的MIBK(50mL/过滤器)用于将残留在过滤器中的产物洗涤到滤液中。使用140℃的最高油浴温度完成1小时滤液旋转蒸发,提供113.80g的透明浅琥珀色液体。GC分析表明,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物在内的基本上全部的低沸点组分已经被移除。HPLC分析表明9-和10-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。在环氧化反应的最初过程中的通过HPLC分析观察到的单缩水甘油醚完全进入最终环氧树脂产物。另外,通过HPLC分析观察到的占7.36面积%和5.18面积%的一对峰归属于二缩水甘油醚。通过HPLC分析观察到的占35.03面积%和43.33面积%的第二对峰归属于三缩水甘油醚。来自环氧树脂产物的HPLC分析的余量由在0.80面积%至1.48面积%的范围内的8种少量组分组成。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.95%环氧化物(205.38EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1645.9cm-1和对于多元醇反应物的1622.3cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3372.2cm-1的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3454.3cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1109.5cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.2cm-1,910.6cm-1和848.4cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1735.2cm-1和1733.5cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的蒸馏等级的9-和10-羟甲基硬脂酸酯酰胺三醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在140℃的旋转蒸发)后回收的产物。
Figure BPA00001258064000531
实施例11
重结晶的12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的合成
将2升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(351.0g,3.79摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(60.7g.1.52摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(150.9g,1.06摩尔)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)、磨砂玻璃塞和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇(95.00g,0.759-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。使用的12-羟甲基硬脂酸酯是从氢化的蓖麻油酸甲酯重结晶的产物。12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇的%-OH为13.58。开始搅拌以提供23℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌15分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就以20mL等分试样开始12-羟甲基硬脂酸酯的添加。在添加过程中将反应温度保持在40℃,所述添加在1.33小时内完成。通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在完成添加之后累计27.13小时,停止稀的灰白色浆液的加热,随后添加MIBK(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。将MIBK浆液等分到4个聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在3000RPM离心1小时。使用带真空的侧臂烧瓶通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的硅藻土垫(1英寸Celite 545下层,1/2英寸Celite 577中间层,1英寸Celite 545上层)滗析透明液体的上层。来自该真空过滤的滤液是透明的浅黄色溶液。使用新鲜的MIBK将残留在瓶子中的固体相等地稀释以得到280g/瓶的总重量,然后在机械摇床上放置45分钟,随后如前所述那样离心和滗析。将另外的MIBK(50mL)用于将残留在过滤器中的产物洗涤到滤液中。使用100℃的最高油浴温度完成1小时滤液旋转蒸发,提供145.61g的透明浅黄色液体。将液体溶解于含有无水硫酸钠(2.0g)的甲苯(200mL)中,密封并且磁力搅拌12小时。使用侧臂烧瓶,通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的硅藻土和硅胶的垫(1/2英寸Celite 545下层,1/4英寸硅胶中间层,1/2英寸Celite 545上层)进行真空过滤,提供透明的黄色滤液。使用100℃的最高油浴温度完成2小时滤液旋转蒸发,提供130.44g的透明琥珀色液体。GC分析表明,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物在内的基本上全部的低沸点组分已经被移除。HPLC分析表明12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出21.80%环氧化物(197.39EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1642.1cm-1和对于多元醇反应物的1618.9cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3340.9cm-1的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3450.3cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1110.4cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.5cm-1,910.8cm-1和850.6cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1737.3cm-1[还存在肩峰]和1739.1cm-1和1708.7cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在100℃的旋转蒸发)后回收的产物。
实施例12
12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的合成
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(155.9g,1.68摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(26.9g.0.674mol)和硫酸钠(粒状,无水)(67.0g,0.47mol)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)、磨砂玻璃塞和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将12-羟甲基硬脂酸酯(氢化的蓖麻油)酰胺多元醇(46.08g,0.337-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。用于制备酰胺多元醇的12-羟甲基硬脂酸酯是商业化产品Paracin I。12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇的%-OH为12.43。开始搅拌以提供22℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌15分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就以10mL等分试样开始氢化的蓖麻油酰胺多元醇的添加。在添加过程中将反应温度保持在40℃,所述添加在62分钟内完成。通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在完成添加后19.3小时反应浆液的粘度增加,但是反应浆液仍然容易搅拌。此时添加另外的表氯醇(100mL),从而降低粘度。在完成添加后累计19.5小时,停止稀的灰白色浆液的加热,随后添加MIBK(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。将MIBK浆液等分到4个聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在3000RPM离心1小时。使用带真空的侧臂烧瓶通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的硅藻土垫(1英寸Celite 545下层,1英寸Celite 577中间层,3/4英寸Celite 545上层)滗析透明液体的上层。来自该真空过滤的滤液是透明的浅黄色溶液。使用新鲜的MIBK将残留在瓶子中的固体相等地稀释以得到270g/瓶的总重量,然后在机械摇床上放置1小时,随后如前所述那样离心和滗析。将另外的MIBK(50mL)用于将残留在过滤器中的产物洗涤到滤液中。使用72℃的最高油浴温度完成1小时滤液旋转蒸发,提供65.40g的透明浅黄色液体。将液体溶解于含有无水硫酸钠(2.0g)的甲苯(100mL)中,密封并且磁力搅拌4小时。使用侧臂烧瓶,通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的硅藻土和硅胶的垫(1/2英寸Celite 545下层,1/4英寸硅胶中间层,1/2英寸Celite 545上层)进行真空过滤,提供透明的浅黄色滤液。使用110℃的最高油浴温度完成2小时滤液旋转蒸发,提供55.87g的透明浅琥珀色液体。GC分析表明,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物在内的基本上全部的低沸点组分已经被移除。HPLC分析表明12-羟甲基硬脂酸酯酰胺多元醇至产物的转化率为100%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出21.06%环氧化物(204.32EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:保持了酰胺键在聚缩水甘油醚(1645.2cm-1,强)中的完整性,在多元醇反应物中的羟基转化,而在聚缩水甘油醚中存在很小的羟基吸光度(3446.8cm-1,弱),在聚缩水甘油醚中出现强脂族醚C-O伸缩振动(1110.4cm-1),以及在聚缩水甘油醚中出现环氧化物醚C-O伸缩振动(1253.4cm-1,910.4cm-1和849.8cm-1,中等)。多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度,这可以表示微量的酯官能度(1733.8cm-1,弱,对于聚缩水甘油醚)。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的氢化的蓖麻油酰胺多元醇反应物。“最终”表示在完成后处理(在110℃的旋转蒸发)后回收的产物。
Figure BPA00001258064000581
实施例13
还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3平均羟基官能度)的 聚缩水甘油醚的大规模合成和水溶液处理(Aqueous Processing)
将5升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(2780.1g,30.03摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(480.5g,12.01摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(1194.4g,8.41摩尔)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将通过滴定确定具有3.3平均羟基官能度和13.25%羟基的预热的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(771.0g,6.007-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。开始搅拌以提供22℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌15分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就将初始的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的等分试样(40mL)加入到反应器内。在等分试样添加过程中将反应温度保持在40℃,除非另外指出。40mL等分试样的滴加需要5分钟。50mL等分试样的滴加需要6分钟。等分试样如下添加:
Figure BPA00001258064000591
通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在完成还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的添加后20分钟,HPLC分析表明已经发生了所述多元醇的51%转化。在完成还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的添加后累计15.1小时,HPLC分析表明多元醇完全转化。在完成多元醇添加后累计18.7小时,停止稀的浅棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(1.2L),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。将MIBK浆液等分到一组聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在2000RPM离心30分钟。使用侧臂真空烧瓶通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫(CeliteTM545)滗析透明液体的上层。使用新鲜的MIBK(使用1.2升的总体积)将残留在瓶子中的固体以及残留在硅藻土上的任何固体相等地稀释,然后在机械摇床上放置1小时,随后如前所述那样离心和滗析。将另外的MIBK(100mL)用于将残留在过滤器内含物中的产物洗涤到滤液中。将合并的滤液加入到10L分液漏斗并且用一水合磷酸二氢钠在去离子水(1L)中的1重量%溶液剧烈地洗涤。将从分液漏斗回收的透明的浅黄色有机层加回到分液漏斗中,并且用去离子水(每次洗涤用1L)洗涤两次。将透明的浅黄色有机层回收并且使用90℃的最高油浴温度旋转蒸发至0.34mm Hg的真空,以提供1042.8g的透明黄色液体。HPLC分析表明还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇至环氧树脂产物的转化率为100%,并且在环氧化反应结束时(在后处理之前)预先观察到相同的分布。产物的一对等分试样的滴定显示出20.74%环氧化物(207.50EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1644.6cm-1和对于多元醇反应物的1621.5cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3362.0cm-1的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3460.9cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1108.8cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.2cm-1,910.4cm-1和848.6cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1734.7cm-1和1733.1cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇反应物。
实施例14
A.还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3平均羟基官能度) 的邻苯二甲 酸酯的合成
将将根据实施例3A部分制备的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3平均羟基官能度,12.34%-OH)(50.29g,0.3649-OH当量)和邻苯二甲酸酐(54.06g,0.365羧酸酐当量)投入到100mL圆底烧瓶中,该圆底烧瓶配备有机械搅拌和氮气垫层(pad)。将烧瓶置于电加热套中。通过具有热电偶的温度控制器来控制加热套,热电偶插入烧瓶内容物中。将反应烧瓶内容物加热至135℃,并且在其中搅拌的同时保持3小时。为了%-COOH,进行产物的等分试样的滴定,得到15.38,而%-COOH的理论值为15.75。
B.还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的邻苯二甲酸酯的聚 缩水甘油酯的合成
干燥
将来自上述A部分的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的邻苯二甲酸酯与乙酸乙酯(300mL)一起加入到玻璃瓶中,并且溶解以形成溶液。将硫酸钠(粒状,无水)(30g)加入到溶液中,随后在机械摇床上温和混合16小时。通过负载在中等烧结的玻璃漏斗中的新鲜硫酸钠(粒状,无水)(30g)的床过滤所得的产物浆液,其中将另外的乙酸乙酯(50mL)用于将残留在过滤器的内含物中的产物洗涤到滤液中。使用120℃的最高油浴温度完成滤液旋转蒸发以移除乙酸乙酯。使用120℃的最高油浴温度进行旋转蒸发,提供干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的邻苯二甲酸酯。
卤化季铵催化的偶联反应
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(138.8.0g,1.5摩尔),硫酸钠(粒状,无水)(14.2g,0.10mol),干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的邻苯二甲酸酯固体(29.27g,0.01-COOH当量)和溴化四丁基铵催化剂(0.293g,邻苯二甲酸酯的1重量%)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPMN2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。在与使用恒温控制的加热套开始加热的同时,开始23℃浆液的搅拌。一旦搅拌的浆液达到33℃,就形成含有悬浮的硫酸钠的浅黄色溶液。继续加热至80℃并且将该温度接着保持16小时,随后加热至100℃,时间为33分钟,并且在该温度接着保持7.1小时。三(氯代醇酯)与通过脱挥发分而移除的表氯醇在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)由在1644.5cm-1的强的酰胺羰基吸光度所示的酰胺键的完整性保持,
(2)在3436.1cm-1的较小羟基吸光度(存在肩峰),
(3)在1728.8cm-1的很强酯羰基吸光度,和
(4)没有归属于羧酸的羰基吸光度。
脱氯化氢
将含有三(氯代醇酯)的浆液冷却至24℃并且在氮气下用另外的表氯醇(92.5g,1.0mol),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(4.52g,0.113mol)和硫酸钠(粒状,无水)(17.76g,0.125mol)填充。开始反应器的搅拌和加热。将反应温度保持在40℃。通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在反应16小时之后,停止不透明的浅橙色浆液的加热,随后添加MIBK(400mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。通过负载在600mL粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫真空过滤MIBK浆液。使用另外的MIBK(100mL)洗涤过滤器的内含物。使用70℃的最高油浴温度进行滤液旋转蒸发,提供43.03g的酱色、浑浊的粘性液体。在140℃进一步旋转蒸发1小时,得到37.06g。GC分析表明,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物在内的基本上全部的低沸点组分已经被移除。HPLC分析表明在聚缩水甘油酯产物中有两个主要的组分组:(a)18种组分,其保持时间在1.22至3.83之间,总共占53.24面积%,和(b)13种组分,其保持时间在6.05至10.35之间,总共占46.76面积%。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出5.66%环氧化物(760.4EEW)的平均值。聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)由在1644.9cm-1的强的酰胺羰基吸光度所示的酰胺键的完整性保持,
(2)在3435.5cm-1的较小羟基吸光度(存在肩峰),
(3)在1728.4cm-1的很强酯羰基吸光度,
(4)没有归属于羧酸的羰基吸光度,和
(5)在909.6cm-1和843.7cm-1出现环氧化物醚C-O伸缩振动。
对于偶联反应产物,在FTIR光谱分析中,相对于在2927cm-1的峰获得了下列比率:酰胺羰基=0.505,酯羰基=1.557,-OH=0.105。对于聚缩水甘油酯产物,在FTIR光谱分析中,相对于在2927cm-1的峰获得了下列比率:酰胺羰基=0.527,酯羰基=1.120,-OH=0.182。考虑到这些比率,低于聚缩水甘油酯的理论EEW的(1)不涉及任何酰胺键反应,并且(2)涉及更高的-OH比率,这可以表示生成的仲羟基的聚缩水甘油酯中的环氧化物基团的开环反应。环氧化物基团的开环反应可能由被残留的偶联催化剂的存在所促进的反应引起。
实施例15-商业级月桂酸二乙醇酰胺的二缩水甘油醚的合成
将1升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(277.7g,3.0摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(48.0g,1.20摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(119.3g,0.84mol)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将月桂酸二乙醇酰胺(86.23g,0.60-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。所使用的月桂酸二乙醇酰胺是由Rhodia,Inc.以产品名称Alkamide LE出售的商业化等级产品。月桂酸二乙醇酰胺含量>94%,而残留的二乙醇胺<6%。该产品是在没有改变的情况下按照所接收的形式使用的。开始搅拌以提供20℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌15分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就在3分钟期间将初始的月桂酸二乙醇酰胺等分试样(10mL)加入到反应器中。在等分试样添加过程中将反应温度保持在40℃。等分试样是以20分钟的间隔加入的,整个累计添加时间占160分钟。在添加结束时,反应器内的产物是容易搅拌的轻微起泡的白色浆液。
通过HPLC分析监控环氧化反应的进程。在完成月桂酸二乙醇酰胺的添加后1.5小时进行HPLC分析,表明已经发生了所述二醇的全部转化。在反应累计20.33小时后,停止稀的浅棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(300mL)。将MIBK浆液等分到一组4个聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在2000RPM离心1小时。使用侧臂真空烧瓶,通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的600mL中等硅藻土(CeliteTM 545)的硅藻土垫(1/2英寸CeliteTM 545下层,1/2英寸CeliteTM 577中间层,1/2英寸CeliteTM 545上层)滗析透明液体的上层。使用新鲜的MIBK将残留在瓶子中的固体以及残留在硅藻土上的任何固体稀释至250g的总重量,然后在机械摇床上放置1小时,随后如前所述那样离心和滗析。使用上述方法完成固体的第二次萃取。将另外的MIBK(50mL)用于将残留在过滤器内含物中的产物洗涤到滤液中。使用75℃的最高油浴温度进行滤液的旋转蒸发,移除大多数挥发物。在110℃进一步旋转蒸发至0.26mm Hg的真空,提供121.56g透明的浅琥珀色液体。GC分析表明,包括残留的表氯醇和二缩水甘油醚副产物在内的基本上全部的低沸点组分已经被移除。HPLC分析表明月桂酸二乙醇酰胺至产物的转化率为100%。该HPLC分析相对于之前的HPLC分析基本上没有变化,在完成月桂酸二乙醇酰胺的添加后1.5小时进行。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.59%环氧化物(209.03EEW)的平均值。多元醇反应物及其聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析证实:
(1)在对于聚缩水甘油醚的1645.2cm-1和对于多元醇反应物的1621.0cm-1,酰胺键在聚缩水甘油醚中的完整性保持,
(2)多元醇反应物中在3381.3cm-1的羟基转化,而存在于聚缩水甘油醚中的只有较小的羟基吸光度在3413.0cm-1
(3)在聚缩水甘油醚中出现在1110.9cm-1的强脂族醚C-O伸缩振动,和
(4)在聚缩水甘油醚中出现在1253.7cm-1,910.1cm-1和849.6cm-1的环氧化物醚C-O伸缩振动。
多元醇反应物和聚缩水甘油醚产物均具有很小的吸光度(分别在1743.5cm-1和1734.3cm-1),这可以表示微量的酯官能度。
环氧化反应的进程通过HPLC分析监控,结果显示在下表中。累计反应时间的“无”表示在环氧化反应中使用的月桂酸二乙醇酰胺反应物。“最终”表示在完成后处理(在110℃的旋转蒸发)后回收的产物。
实施例16
还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3官能的)的聚缩水甘 油醚的合成:用于聚缩水甘油醚的净化的方法的研发
A.环氧化
将含有13.372%羟基和161ppm水的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3官能的)在不预先干燥的情况下直接用于环氧化。将2升,3颈,玻璃圆底反应器在氮气下用表氯醇(925.3g,10.0摩尔),氢氧化钠(粒料,无水,试剂级,≥98%)(160.0g,4.0摩尔)和硫酸钠(粒状,无水)(397.7g,2.8摩尔)填充。将所述反应器另外用冷凝器(维持在0℃)、温度计、克莱森接管、顶置氮气入口(使用1LPM N2)和搅拌器组件(TeflonTM桨片,玻璃轴,可变速电动机)装备。将还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(254.38g,2.0-OH当量)加入侧臂排气的添加漏斗,然后连接至反应器。将用于环氧化反应的全部玻璃仪器在150℃于烘箱中预干燥≥48小时。开始搅拌以提供25℃的氢氧化钠和硫酸钠在表氯醇中的浆液。在搅拌15分钟后,使用恒温控制的加热套开始反应器的加热。一旦搅拌的浆液在40℃平衡,就将最初的干燥的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇等分试样(15mL)加入到反应器内。添加使得看起来像凝胶状的产物形成,该产物从固体氢氧化钠和硫酸钠形成块状物(clumps)。在等分试样的添加过程中将反应温度保持在40℃,除非另外指出。如下添加等分试样:
Figure BPA00001258064000691
在反应累计18.8小时之后,停止稀的浅棕褐色浆液的加热,随后添加MIBK(800mL),并且使用风扇将反应器外部冷却至25℃。此时,HPLC分析证实在环氧化反应中使用的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇反应物全部转化。通过负载在3L粗烧结的玻璃漏斗上的1英寸硅藻土垫(CeliteTM 545)将MIBK浆液进行真空过滤。将残留在硅藻土上面的固体收集到容纳新鲜MIBK(800mL)的瓶中,然后放置在机械摇床上1小时。然后通过硅藻土垫将MIBK浆液进行真空过滤。使用70℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供362.8g的浑浊的橙色的液体。将产物溶解在甲苯(600mL)中,然后通过负载在600mL中等烧结的玻璃漏斗上的1英寸Hyflo Super-Cel CeliteTM硅藻土垫进行真空过滤。使用77℃的最高油浴温度的滤液旋转蒸发提供349.51g不透明酱色液体。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出22.18%环氧化物(194.00环氧化物当量)的平均值。
B:移除低沸点组分的蒸馏
将产物的一部分(344.86g)加入到1升,3颈,玻璃圆底反应器中。所述反应器另外装备有温度计且将一块整体式真空夹套的Vigreaux蒸馏柱和头连接至反应器。蒸馏柱通常提供5至10个理论板,这取决于操作模式。蒸馏头装备有顶置的温度计,空气冷却的冷凝器,接收器和真空输出口。将真空泵与液氮阱和在线数字热传导真空计一起使用。随着真空逐渐降低,使用恒温控制的加热套开始反应器的搅拌和加热。以下列条件从产物中蒸馏出澄清的液体:从锅温度=128℃,顶部温度=76℃,真空9.3psi开始,并且以锅温度=190℃,顶部温度=66℃,真空7.5psi结束,时间为15min。以不透明的酱色液体形式回收总共307.08g的产物。
C.蜡状污染物的溶剂(二氯甲烷)沉淀
将产物等分到2个聚丙烯瓶中,将聚丙烯瓶密封并且在2000RPM离心1小时。没有观察到沉淀物。将二氯甲烷(50mL)加入到2个产物瓶中,接着用手晃动混合,并且在3000RPM离心1小时。约2至3g的蜡状固体沉淀并且附着至塑料瓶的底部。移除沉淀物,并且在3000RPM进行另外的离心2.5小时,仅仅沉淀出少量(<0.5g)的其它蜡状固体。尽管从产物中去除了一定的不透明体,但是它仍然是浑浊的。
D:使用活性炭的处理
向二氯甲烷中的产物的瓶子加入Calgon活性炭碎片-CPG-LF 12x 40(10.0g/瓶)。接着将瓶子放置在机械摇床上16小时,移除,然后过滤以移除炭。在旋转蒸发以移除二氯甲烷之后,产物是浅琥珀色的,但仍然是浑浊的。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.71%环氧化物(207.83环氧化物当量)的平均值。
E:固体污染物的溶剂(丙酮)沉淀
已发现,将丙酮加入到产物中,引起较少量的固体的沉淀,该固体容易通过离心移除。引起沉淀的用于该溶剂的丙酮的最佳量为75g/125g产物。在通过离心移除固体之后,使用80℃的最高油浴温度进行移除丙酮的旋转蒸发,得到透明的黄色产物,其完全没有不透明性或浑浊性。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.77%环氧化物(207.15环氧化物当量)的平均值。聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的红外光谱分析证实:保持了酰胺键的完整性(1643.7cm-1,强),羟基被消耗(3438.4cm-1,弱),形成脂族醚伸缩振动(1111.8cm-1,强)和形成环氧化物基团(1253.3cm-1,910.7cm-1,849.1cm-1,中等)。
实施例17
使用硅胶色谱法净化还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3 官能的)的聚缩水甘油醚
将还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的一部分(25.0g)溶解于二氯甲烷(35g)中。所使用的聚缩水甘油醚的一对等分试样的滴定显示出21.07%环氧化物(204.24EEW)的平均值,并且是略不透明的,具有棕褐色。将溶液供给到5英寸高×1.5英寸直径的硅胶柱中,其已经用二氯甲烷预先平衡。使用二氯甲烷作为洗脱剂,将产物的溶液从柱子中以浅黄色带(band)的形式洗脱。在完全洗脱浅黄色带之后,在柱子上留下在起点开始并且沿着柱子向下前进2英寸的金黄色带。进行旋转蒸发以从浅黄色带的溶液移除二氯甲烷,提供13.62g的透明(没有任何不透明性)黄色液体。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.80%环氧化物(206.91EEW)的平均值。在使用硅胶处理前后,聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析表明:除了使用硅胶处理的样品的羟基吸光度非常轻微地降低之外,产物没有变化。
实施例18
使用磷酸二氢钠水溶液处理蓖麻油酰胺多元醇的聚缩水甘油醚
将蓖麻油酰胺多元醇的聚缩水甘油醚(950.4g)溶解于甲基异丁基酮(950.4g)中。所使用的聚缩水甘油醚的一对等分试样的滴定显示出20.45%环氧化物(210.38EEW)的平均值。将溶液等分到一系列3个分液漏斗中,并且用一水合磷酸二氢钠(969克)的1重量%水溶液洗涤,该1重量%水溶液也被等分到3个分液漏斗中。将从回收的有机层加回到相应的分液漏斗中,并且废弃水层。将分液漏斗中的溶液用去离子水(486g)洗涤两次,其也被等分到3个分液漏斗中。使用85℃的最高油浴温度旋转蒸发以从溶液中移除MIBK,提供880.2g产物。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.05%环氧化物(214.58EEW)的平均值。在使用磷酸二氢钠水溶液处理前后,聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析表明产物没有变化。在使用磷酸二氢钠水溶液处理前后,产物的等分试样中的离子性的氯化物的分析表明:从591.75ppm降低至使用磷酸二氢钠水溶液处理的样品中的94ppm。
表1.涂层数据
Figure BPA00001258064000721
如由表1中所示的结果说明,衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯的环氧酰胺(实施例2、4、5和8)可以导致所得的固化环氧树脂与比较环氧树脂(比较实验A)相比具有提高的挠性和冲击强度(更大的耐损害性)。
表2:涂层性能
Figure BPA00001258064000731
如由表2中所示的结果说明,衍生自脂肪酸酯和甘油三脂肪酸酯的环氧酰胺(实施例2、4、5和8)可以导致所得的固化环氧树脂与比较环氧树脂(比较实验A)相比具有提高的UV稳定性,该UV稳定性是由光泽保持性测量的。
如上所述,衍生自脂肪酸酯和甘油三脂肪酸酯的多官能的多元醇和酸的无水表卤代醇环氧化可以产生新型的缩水甘油醚和酯,它们具有与常规环氧树脂相当的固化速率。具有这种新的反应性水平可以允许应用于其中种子油结构可以提供相对于常规环氧树脂改善的加工和性能的涂料。
有利地,在本文中公开的实施方案可以提供以下中的一个或多个:更低的粘度,这可以消除对涂料制剂中的溶剂的需求(无VOC);与良好的粘附性和抗腐蚀性相结合的优异的UV稳定性,这可以消除在许多工业、海洋和汽车用途中对多种涂料的需要;和环氧树脂涂料的改善的挠性和耐损害性。另外,本文中所述的组合物可以具有更高的交联密度(改善的热稳定性)、由骨架的结构设计引起的改善的反应性,更高的环氧化度(更少的副产物)以及缩水甘油醚官能度。
尽管本发明包括有限的实施方案,但是获益于本公开的本领域技术人员应理解,可以设计不偏离本发明的范围的其它实施方案。因此,本发明的范围应当仅仅受到后附权利要求的限制。
实施例19
将还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇(3.3官能的)的聚缩水 甘油醚进行硅胶色谱处理以提高保存稳定性
A.未处理的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇聚缩水甘油醚
将来自实施例13的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚在室温保持在密封的玻璃瓶中,并且测定作为时间函数的粘度。使用I.C.I.锥板流变仪,根据ASTM Method D 4287进行粘度测量(25℃)。
B.硅胶处理的还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的聚缩水甘 油醚
将还原加氢甲酰化的大豆油甲酯酰胺多元醇的聚缩水甘油醚的一部分(70.0g)溶解于二氯甲烷(100mL)中。所使用的聚缩水甘油醚的一对等分试样的滴定显示出20.74%环氧化物(207.45EEW)的平均值,6107ppm的可水解氯化物值和681.6ppm的离子性氯化物值。将溶液供给到床中,该床由以下方法制备:在600mL中等烧结的玻璃漏斗中,将1英寸硅藻土(CeliteTM 545)成层,接着由1/2英寸硅胶(Merck级9385,230-400目,60
Figure BPA00001258064000751
)成层,接着由1英寸硅藻土(CeliteTM 545)成层。使用二氯甲烷(0.5L)作为洗脱剂,将产物从柱子中洗脱。进行旋转蒸发以移除二氯甲烷,提供60.68g的透明浅黄色液体。所得到的产物的一对等分试样的滴定显示出20.54%环氧化物(209.49EEW)的平均值。在使用硅胶处理前后,聚缩水甘油醚在KCl片上的纯薄膜的FTIR光谱分析表明:除了使用硅胶处理的样品的羟基吸光度非常轻微地降低之外,产物没有变化。
将一部分硅胶色谱纯化的聚缩水甘油醚在室温保持在密封的玻璃瓶中,并且测定作为时间函数的粘度。使用I.C.I.锥板流变仪,根据ASTM Method D 4287进行粘度测量,得到下列结果:
Figure BPA00001258064000752

Claims (15)

1.一种环氧树脂,其包含衍生自至少一种种子油基链烷醇酰胺的至少一种环氧酰胺。
2.权利要求1所述的环氧树脂,其中所述种子油基链烷醇酰胺由(i)脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种与(ii)至少一种链烷醇胺的反应得到。
3.权利要求1所述的环氧树脂,其中所述环氧酰胺包含(i)缩水甘油醚酰胺和缩水甘油酯酰胺中的至少一种;(ii)其中所述环氧酰胺包含聚缩水甘油醚酰胺和聚缩水甘油酯酰胺中的至少一种;(iii)其中所述环氧酰胺由下列式I表示:
式I
其中R1和R4可以各自独立地为亚烃基部分;R2是氢或一价烃基部分;R3不存在或为亚烃基部分;R5是氢或一价烃基部分,或由式II表示的部分:
——R4——O——R6
式II
其中R4与上述定义相同,并且R6是式III或式IV的部分:
Figure FPA00001258063900021
式III
式IV
其中R7是氢或含1至约4个碳原子的脂族烃基;R8是亚烃基部分;并且m,n和o独立地为0或1,或(iv)其中所述环氧酰胺包含:由脂肪酸酯,脂肪酸,甘油三脂肪酸酯和它们的任何低聚物中的至少一种衍生的聚缩水甘油醚酰胺、聚缩水甘油酯酰胺和它们的任何低聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂,所述环氧树脂包含:
(a)聚缩水甘油醚酰胺,其衍生自脂肪酸酯,脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种;和
(b)单缩水甘油醚酰胺,其衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种。
5.一种用于制备环氧酰胺的方法,所述方法包括:使(a)至少一种种子油基链烷醇酰胺,(b)表卤代醇,(c)碱性作用物质和(d)任选的溶剂反应。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述方法是淤浆环氧化方法;并且其中所述淤浆环氧化方法包括使以下物质反应:(a)衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种的聚缩水甘油醚,(b)表卤代醇,(c)固体形式或在水溶液中的碱性作用物质,任选的(d)除水以外的溶剂,任选的(e)催化剂和任选的(f)脱水剂。
7.根据权利要求5所述的方法,其中所述方法是无水环氧化方法;并且其中所述无水环氧化方法包括使以下物质反应:(a)衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种的聚缩水甘油醚,(b)表卤代醇,(c)在水溶液中的碱性作用物质,任选的(d)溶剂和任选的(e)催化剂。
8.根据权利要求5所述的方法,其中所述方法是路易斯酸催化的偶联和环氧化方法;并且其中所述路易斯酸催化的偶联和环氧化方法包括:(A)在偶联反应中,使(a)衍生自脂肪酸酯、脂肪酸和甘油三脂肪酸酯中的至少一种的聚缩水甘油醚、(b)表卤代醇在(c)路易斯酸催化剂的存在下反应;随后是(B)使用(d)在水溶液中的碱性作用物质、任选的(d)溶剂和任选的(e)除所述路易斯酸催化剂以外的催化剂,将步骤(A)中得到的卤代醇中间体进行脱卤化氢反应。
9.一种制品,所述制品包含根据权利要求1所述的环氧酰胺;并且其中所述制品是涂料、电或结构层压体、电或结构复合物、长丝缠绕体、模制品、铸塑品、粘合剂或包封体中的至少一种。
10.一种环氧树脂组合物,所述环氧树脂组合物包含以下物质的混合物:(a)权利要求1所述的环氧酰胺;和(b)一价或多价缩水甘油硫醚、缩水甘油胺、N-(缩水甘油基)酰胺、不由式I表示的缩水甘油醚、或不由式I表示的缩水甘油酯。
11.一种低聚物,所述低聚物通过采用多价亲核试剂使权利要求1所述的缩水甘油基酰胺增长而形成;并且其中所述多价亲核试剂是酚、羧酸、胺、硫醇或醇。
11.一种环氧树脂组合物,所述环氧树脂组合物包含(a)权利要求11所述的低聚物与(b)权利要求1所述的环氧酰胺或权利要求10所述的环氧树脂组合物组合的混合物。
12.一种环氧树脂组合物,所述环氧树脂组合物包含以下物质的混合物:(a)包含衍生自至少一种种子油基链烷醇酰胺的缩水甘油醚酰胺的环氧酰胺;和(b)一种或多种除所述环氧树脂(a)以外的环氧树脂。
13.一种可固化环氧树脂组合物,所述可固化环氧树脂组合物包含(a)权利要求13所述的环氧树脂组合物和(b)至少一种固化剂和/或至少一种固化催化剂;并且其中所述固化剂包含每一个分子具有至少一个反应性氢原子的物质,并且所述环氧树脂组合物包含至少一个环氧化物基团,并且所述固化剂中的所述反应性氢原子具有与所述环氧树脂反应性稀释组合物中的所述环氧化物基团的反应性。
14.一种方法,所述方法包括将根据权利要求14所述的可固化环氧树脂组合物固化。
15.一种制品,所述制品包含通过根据权利要求15所述的方法制备的已固化环氧树脂;并且其中所述制品是涂料、电或结构层压体、电或结构复合物、长丝缠绕体、模制品、铸塑品和包封体中的至少一种。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009143038A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Dow Global Technologies Inc. Adducts of epoxy resins derived from alkanolamides and a process for preparing the same
US9732181B2 (en) 2015-12-09 2017-08-15 International Business Machines Corporation Polyurethane materials formed from unsaturated plant oils via an alkyne zipper reaction
US9657130B1 (en) 2015-12-10 2017-05-23 International Business Machines Corporation Polyurethane materials formed from unsaturated plant oils via an alkyne zipper reaction
US10392580B1 (en) * 2016-03-14 2019-08-27 Rust-Oleum Corporation Seed oil based reactive diluent
DE102016106031A1 (de) * 2016-04-01 2017-10-05 Dr. Neidlinger Holding Gmbh Heißhärtendes Zweikomponenten-Epoxidharz
US10287236B2 (en) * 2016-04-18 2019-05-14 University Of South Carolina Preparation of thermoplastic epoxidized polymers and thermosetting materials from triglycerides
CN111440293B (zh) * 2020-04-08 2022-11-18 西南林业大学 一种光催化环氧油脂选择性酯基胺解的方法
CN115259511B (zh) * 2022-06-08 2023-10-10 聊城市鲁西化工工程设计有限责任公司 一种多元醇酮残渣回收利用系统及方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3351574A (en) * 1965-02-24 1967-11-07 Celanese Coatings Co Castor oil polyglycidyl ether
CH520725A (de) * 1969-12-24 1972-03-31 Reichhold Albert Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von wasserverdünnbaren, vinylmodifizierten Kunstharzen auf der Grundlage von Polyäthern
US4499255B1 (en) * 1982-09-13 2000-01-11 Dow Chemical Co Preparation of epoxy resins
US4786666A (en) * 1987-11-18 1988-11-22 Interez, Inc. Epoxy compositions containing glycidyl ethers of fatty esters
US5463091A (en) * 1989-01-17 1995-10-31 The Dow Chemical Company Diglycidyl ether of 4,4'-dihydroxy-α-methylstilbene
DE4019087C3 (de) * 1989-06-29 2001-01-18 Frische Gmbh Neuartige Kunststoffe auf Fettsäurebasis
US6194490B1 (en) * 1998-02-27 2001-02-27 Vantico, Inc. Curable composition comprising epoxidized natural oils
US7300986B2 (en) * 2001-10-12 2007-11-27 Dow3Global Technologies Inc. Polyepoxy compounds having an amide linkage
US7576227B2 (en) * 2002-04-29 2009-08-18 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Integrate chemical processes for industrial utilization of seed oils
EA012871B1 (ru) * 2002-05-31 2009-12-30 Грейс Гмбх Унд Ко. Кг Матирующее вещество для порошкового покрытия, включающее сложный эфирамидный продукт конденсации
CA2509087C (en) * 2003-01-08 2013-03-12 Texas Tech University Castor oil/epoxidized soybean oil based elastomeric compositions
WO2005019297A1 (en) * 2003-08-12 2005-03-03 Dow Global Technologies Inc. Curable compositions of acyl epoxides, cycloaliphatic epoxides, and aryl polyols, and network polymers therefrom
US7696370B2 (en) * 2006-05-09 2010-04-13 The Curators Of The University Of Missouri Soy based polyols
EP2035402B1 (en) * 2006-06-23 2018-11-21 Blue Cube IP LLC Process for producing epoxides from olefinic compounds
JP2010515730A (ja) * 2007-01-12 2010-05-13 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド 末端にヒドロキシル基を有するまたは末端にカルボン酸を有する反応性モノマー組成物、それらの調整および使用

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