CN102604044A

CN102604044A - 一种硫脲改性低温固化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102604044A
Application number: CN2012100473256A
Authority: CN
Inventors: 刘治田; 伍双全; 潘国鹏
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: CN102604044B

Abstract

本发明涉及一种硫脲改性低温固化剂及其制备方法，其主要成分为具有式I所表示的结构通式，其中R为C原子数为偶数的烷基链；n=1～1.5，包括有以下步骤：1）称取硫脲和多元胺，投入反应容器中，升温搅拌，保温，反应充分进行；2）使体系温度缓慢下降，并低真空度下抽真空；3）分批加入三乙酸甘油酯和环氧活性稀释剂，停止加热与搅拌，冷却至室温，出料。本发明的优点如下：本发明制备的低温固化剂具有低温固化性能好，能在-5℃条件下12h固化；且相比一般的氨臭味很大的硫脲固化剂，该固化剂气味很淡，颜色较浅，基本无刺激性，对施工作业无影响。

Description

一种硫脲改性低温固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧固化剂制备方法，特别涉及无味或淡味的硫脲改性低温固化剂及其制备方法，属于环氧固化剂领域。

背景技术

环氧树脂是一种分子内含有 2个或2个以上的环氧基 ,并以脂肪族、脂环族或芳香碳键为骨架并能通过环氧基团反应形成热固性树脂的低聚物。它具有良好的粘接性、电绝缘性、低收缩性、化学稳定性、耐高低温性、耐磨性等优异性能。环氧树脂通常作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体,广泛应用于建筑、机械、电子电气、航空航天等领域。然而其单独使用几乎没有什么价值，只有在使用中加入固化剂，并在一定条件下进行固化反应，生成立体网状结构的产物，才会显现出各种优良的性能，成为具有真正使用价值的环氧材料，甚至某种程度上固化剂对环氧材料的性能起着决定性作用。

常温和加热固化剂能够满足大部分场合的使用要求，但在低温快速固化领域，尤其是北方等冬季(0℃以下)的低温条件下，传统脂肪胺或聚酰胺的固化剂体系与环氧树脂所配制的固化体系在环境温度为10℃以下体系固化极其缓慢，或者固化不完全，固化物发软、强度偏低、耐化学药品性差，丧失使用价值。而且环氧树脂-脂肪族多胺体系其产物韧性不高，操作时毒性大，刺激性强，给人和环境带来不利影响；而环氧树脂-聚酰胺体系虽然韧性好，毒性低，但凝胶时间、固化时间较长。

现在市场上多为脂肪胺和硫脲的直接合成的产物或低分子硫醇化合物，它们在快速修补及冬季作业场合有着很大优势，但也存在着一些缺点：前者合成的产物中含有大量的游离氨（胺），氨臭味大，刺激性强，对使用时造成很大不便；后者低分子硫醇化合物不但臭味大，耐温性差，而且对固化物力学性能影响较大，只适合于快速堵漏和临时性应急之用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提供一种硫脲改性胺类低温固化剂及其制备方法，该固化剂不但适合在低温下使用，而且相对传统硫脲低温固化剂，其气味很淡，粘度较低，颜色相对较浅，对施工时基本无影响；该固化剂对与环氧树脂所得固化物力学性能负影响很小。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种硫脲改性低温固化剂，其主要成分为具有式I所表示的结构通式

I

其中R为C原子数为偶数的烷基链；n=1～1.5。

按上述方案，其中R为还包含有自然数个-N-的杂原子烷基链。

本发明制备方法所采用的技术方案是：包括有以下步骤：

1）按摩尔比多元胺:硫脲=1.2～1.5：1称取硫脲和多元胺，一次性投入反应容器中，采用加热套加热升温，中速搅拌，待硫脲溶解后再进行保温，使合成反应充分进行，并在反应过程中吸收反应所得氨气；

2）使体系温度缓慢下降至70～80℃，并低真空度下抽真空，将体系游离氨抽出而又不会使有机胺类损失；

3）分批加入占硫脲摩尔量10～15%的三乙酸甘油酯和占硫脲摩尔量20～30%环氧活性稀释剂，待体系没有氨臭味逸出，停止加热与搅拌，冷却至室温，出料，密封保存。

按上述方案，所述的多元胺为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、间苯二甲二胺或异佛尔酮二胺。

按上述方案，所述的多元胺优选为二乙烯三胺。

按上述方案，所述的二乙烯三胺与硫脲的摩尔比为1.3：1。

按上述方案，所述的环氧活性稀释剂为丁基缩水甘油醚。

按上述方案，所述的合成反应温度为120℃～140℃。

按上述方案，所述的合成反应温度优选为130℃。

按上述方案，所述的合成反应时间为2h～4h。

按上述方案，所述的合成反应时间优选为3h。

按上述方案，所述的真空度为-0.02～-0.07MPa即可.

按上述方案，所述的抽真空时间为30min～50min。

本发明的固化剂合成的反应方程式为：

与现有的一般环氧低温固化剂相比本发明制备的无味的硫脲改性低温固化剂的特点如下：

1）本发明制备的低温固化剂具有低温固化性能好，能在-5℃条件下12h固化；且相比一般的氨臭味很大的硫脲固化剂，该固化剂气味很淡，颜色较浅，基本无刺激性，对施工作业无影响；

2）本发明制备的无味的硫脲改性低温固化剂及其固化物的漆膜主要技术指标如下：

固化剂：胺值：550～650mgKOH/g ；粘度：1800±500mPa/s；固含量90±2%；

固化物：当环氧树脂E51与固化剂的比例（以下简称掺量比）为5:1时，在25℃下固化物的表干时间为8～10min，固化时间或者爆聚时间为15～20min。当掺量比为4:1时在0℃的下固化时间为6±1h，当掺量比为4:1时在-5℃的固化时间为10～12h（测量方法见具体实施方式中）；

固化物的涂膜性能：涂膜方法为用框式刮膜器或喷枪法将固化剂和E51的混合物均匀的涂在马口铁板及钢板上，置于25℃下待其充分固化完全，并保证干膜厚度在30～50微米，

密度 0.95～1g/cm³ 、铅笔硬度：HB～1H、附着力：0～1级、柔韧性:2～2.5mm、抗弯曲性：3～5mm、冲击强度：＞50kg·cm。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作出进一步详细的说明，但是此说明不会对本发明构成限制。

实施例1

一种无味的硫脲改性低温固化剂的制备步骤：1)取134g的二乙烯三胺（化学纯）与76g硫脲（化学纯）加入四口烧瓶中，缓慢加热至130℃，待体系中硫脲完全溶解后，保温130℃下反应3h使两物料充分反应（由于该反应有强刺激性氨生成，为防止移除污染空气，需外接导气管到吸收装置），然后降温至70-80℃在低真空度（-0.04MPa）下减压蒸馏30min，使体系中氨气或部分游离的氨抽出，然后分批滴加21.8g的三乙酸甘油酯和39.3g丁基缩水甘油醚，滴完在80℃下保温30min，待体系没有氨臭味逸出，停止加热与搅拌，冷却至室温，出料，密封保存。

用高氯酸-乙酸滴定法测试改性后固化剂胺值；用粘度计测试其粘度；用铁钴比色法测其色度；固含量：胺值：591 mgKOH/g；粘度：2100mPa/s；固含量90±2%。

在塑料杯中将上述合成出的固化剂与环氧树脂（本发明中采用的环氧树脂如未特别说明都是环氧当量为0.51左右的双酚A型的E51环氧树脂）按照一定比例（固化剂掺量比=环氧树脂质量/固化剂质量）搅匀。

a、分别置于室温25℃和0℃的环境下，并用直线式干燥时间测定仪测其涂膜的凝胶时间、表干时间和完全固化时间。

当环境温度为25℃时，固化剂掺量比为5：1时，凝胶时间为3～5min，表干时间为

8～10min，固化时间或者爆聚时间为15～20min。

当环境温度为0℃时，固化剂掺量比为4：1时，凝胶时间为1.5h，表干时间为3h，固化时间为7h。

b、搅拌均匀后涂在特定马口铁板待其完全固化后，测试涂膜的冲击强度（GB-T 1732-93

）、抗弯曲性（GB-T6742-1986）、柔韧性（GB-T 1731-93）、铅笔硬度（GB-T6739-1996）、附着力（GB-T 9286-98）等：

1.铅笔硬度： 1H；2.附着力： 1级；3.柔韧性:1.5mm；4.抗弯曲性：4mm；5.冲击强度：65kg·cm 。

实施例2

取72g的化学纯乙二胺与76g化学纯硫脲加入四口烧瓶中，缓慢加热至130℃，待体系中硫脲完全溶解后，保温130℃下反应3h使两物料充分反应（由于该反应有强刺激性氨生成，为防止移除污染空气，需外接导气管到吸收装置），降温至70-80℃在低真空度（-0.05MPa）下减压蒸馏30min，使体系中氨气或部分游离的氨抽出，然后滴加32.7g的三乙酸甘油酯和26.2g的环氧稀释剂501（丁基缩水甘油醚），滴完在60℃下保温30min，出料。

Claims

1.一种硫脲改性低温固化剂，其主要成分为具有式I所表示的结构通式

I

其中R为C原子数为偶数的烷基链；n=1～1.5。

2.按权利要求1所述的硫脲改性低温固化剂，其中R为还包含有自然数个-N-的杂原子烷基链。

3.权利要求1或2所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，包括有以下步骤：

1）按摩尔比多元胺：硫脲=1.2～1.5：1称取硫脲和多元胺，一次性投入反应容器中，采用加热套加热升温，中速搅拌，待硫脲溶解后再进行保温，使合成反应充分进行，并在反应过程中吸收反应所得氨气；

4.按权利要求3所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的多元胺为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、间苯二甲二胺或异佛尔酮二胺。

5.按权利要求4所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的多元胺为二乙烯三胺。

6.按权利要求5所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的二乙烯三胺与硫脲的摩尔比为1.3：1。

7.按权利要求3所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的环氧活性稀释剂为丁基缩水甘油醚。

8.按权利要求3所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的合成反应温度为120℃～140℃。

9.按权利要求8所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的合成反应温度为130℃。

10.按权利要求8所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的合成反应时间为2h～4h。

11.按权利要求10所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的合成反应时间为3h。

12.按权利要求3所述的硫脲改性低温固化剂的制备方法，其特征在于所述的真空度为-0.02～-0.07MPa 。