CN103228695B - 具有结晶抑制性的环氧组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环氧树脂组合物，该组合物至少部分地形成为一种混合物的反应产物，该混合物包含95到99wt%的一种环氧成分，以及1到5wt%的一种添加剂成分，该环氧成分含有一种或多种双酚A二缩水甘油醚，该添加剂成分含有一种或多种芳香胺，其中每种芳香胺含有不超过两个的胺氢原子。本发明也提供了一种使用该环氧树脂组合物的方法，该方法包含将该环氧树脂组合物并入涂料、粘结剂、密封剂、铸塑体、层压体或复合材料中。

Description

具有结晶抑制性的环氧组合物
技术领域
本发明涉及一种具有改进的抗结晶性的环氧树脂组合物。
背景技术
基于双酚A的标准环氧树脂通常与10至50wt%的双酚F二缩水甘油醚(DGEBF)混合，以降低该基于双酚A的树脂在储藏过程中的结晶倾向，以及调节基于双酚A的树脂的粘度。相比其它已知的结晶抑制性树脂，如邻甲酚缩水甘油醚(CGE)或对叔丁基苯基缩水甘油醚，DGEBF提供多种优势。例如，DGEBF不会不利地影响固化后热固性树脂的机械性能，具有与液态双酚A环氧树脂（DGEBA）类似的化学反应性，作为液态DGEBA环氧树脂的结晶抑制剂具有充分建立起来的跟踪记录，以及大大降低液态DGEBA环氧树脂的粘度。
在一些应用中，DGEBF曾被报道表现得比DGEBA树脂更好。例如，DGEBF允许在流延配制物中使用更高的填料含量，这导致增加的耐裂性和较低的成本。另外，在使用基于DGEBF的配制物的粉末涂层应用中观察到高的耐阴极剥离性(cathodic disbondment)。当与DGEBA结合时DGEBF提供了良好的性能特性范围，但是有些时候DGEBF的供给多变，而且有些时候DGEBF发生短缺。这种DGEBF供给的不可预见性和不可靠性会对使用该类树脂的那些产品导致附加的制造成本。
因此，在不断地寻找DGEBF的替代物，和双酚A基环氧树脂组合物一起使用提供改进的抗结晶性，同时在可承受的价格上维持或改进其它性能特性。
发明内容
本发明的第一实施方式提供了一种环氧树脂组合物，该组合物包含如下混合物的反应产物，该混合物包含95到99wt%的环氧成分，以及1到5wt%的添加剂成分，该环氧成分包含一种或多种双酚A二缩水甘油醚，该添加剂成分包含一种或多种芳香胺，其中每种芳香胺含有不超过两个的胺氢原子。
本发明的另一种实施方式提供了一种使用本发明的环氧树脂组合物的方法，该方法包含将该环氧树脂组合物并入涂料、粘结剂、密封剂、铸塑体、层压体或复合材料中。
在可替代的实施方式中，依照任意一种上述实施方式，本发明提供了环氧树脂组合物和使用该组合物的方法，除了该芳香胺选自苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、4-丙基苯胺、4-乙基苯胺、3-氯代苯胺、4-羟基苯胺、3-氰基苯胺、2,4-二甲基苯胺、2,6-二甲基苯胺、N,N'-二甲基苯-1,4-二胺，1-萘基胺，及其组合和混合物。在特定的实施方式中，该芳香胺为苯胺。
在可替代的实施方式中，依照任意一种上述实施方式，本发明提供了环氧树脂组合物和使用该组合物的方法，除了该混合物包含1.3至2.5wt%的芳香胺，以及98.7至97.5wt%的双酚A二缩水甘油醚。在可替代的实施方式中，该混合物包含97.5wt%的双酚A二缩水甘油醚和2.5wt%的苯胺。
在可替代的实施方式中，依照任意一种上述实施方式，本发明提供了环氧树脂组合物和使用该组合物的方法，除了该双酚A二缩水甘油醚具有172至176g/当量的环氧当量，以及在25°C下4,000至6,000cP的粘度。在可替代的实施方式中，该双酚A二缩水甘油醚具有182至192g/当量的环氧当量，以及在25°C下11,000至14,000cP的粘度。还在其它实施方式中，该双酚A二缩水甘油醚具有176至183g/当量的环氧当量，以及在25°C下9,000至10,500cP的粘度。
在可替代的实施方式中，依照任意一种上述实施方式，本发明提供了环氧树脂组合物和使用该组合物的方法，除了该环氧树脂组合物展现出比未改性的双酚A二缩水甘油醚改进的结晶抑制性。
本发明的另一种实施方式提供了一种环氧树脂组合物，其基本上由如下混合物的反应产物组成，该混合物包含95至99wt%的双酚A二缩水甘油醚和1至5wt%的含有不超过两个胺氢原子的芳香胺。
具体实施方式
本发明的一方面提供了一种环氧树脂组合物，包含如下混合物的反应产物，该混合物包含85至99wt%的含一种或多种双酚A二缩水甘油醚的环氧组分，以及1至15wt%的含一种或多种芳香胺的添加剂组分，该芳香胺含有不超过两个胺氢原子。本文包括1至15wt%范围内的所有单个值和子范围；例如，基于DGEBA环氧组合物的总重量，该芳香胺的重量百分比可从下限1、3、5、7、10或12重量百分比到上限4、6、8、10、12或15重量百分比。例如，基于DGEBA环氧组合物的总重量，该芳香胺的重量百分比可为1至15重量百分比，或者可替代地，为5至10重量百分比，或者可替代地，为7至15重量百分比。
在环氧树脂组合物的一些实施方式中，该混合物包含1.3至2.5wt%的芳香胺和98.7至97.5wt%的双酚A二缩水甘油醚。本文包括1.3至2.5重量百分比范围内的所有的单个值和子范围；例如，基于DGEBA环氧组合物的总重量，该芳香胺的重量百分比可从下限1.3、1.5、1.7、1.9、2.1或2.3重量百分比到上限1.5、1.7、1.9、2.1、2.3或2.5重量百分比。例如，基于DGEBA环氧组合物的总重量，该芳香胺的重量百分比可为1.3至2.5重量百分比，或者可替代地，为1.5至2.0重量百分比，或者可替代地，为1.7至2.1重量百分比。
在一种优选的实施方式中，环氧树脂组合物包含如下混合物的反应产物，该混合物包含97.5wt%的双酚A二缩水甘油醚和2.5wt%的苯胺。
该芳香胺可含有一个胺氢原子或两个胺氢原子。
在本发明的一些实施方式中，该芳香胺可包含一种或多种芳香胺，其中每一种芳香胺有不超过2个的胺氢原子。
本发明的另一方面提供这样一种胺改性的DGEBA环氧组合物，该组合物表现出比DGEBA环氧改进的抗结晶性。
在本发明的一些方面，可用于产生本发明的胺改性的DGEBA环氧组合物的芳香胺包括，举例来说，苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、4-丙基苯胺、4-乙基苯胺、3-氯代苯胺、4-羟基苯胺、3-氰基苯胺、2,4-二甲基苯胺、2,6-二甲基苯胺、N,N'-二甲基苯-1,4-二胺，1-萘基胺，N-甲基苯胺、N-乙基苯胺、N-甲基-p-甲苯胺、N-甲基-o-甲苯胺、N-甲基-m-甲苯胺、N-甲基-p-丙胺及其混合物。
适于在本发明使用的液态环氧树脂包括那些源自双酚A与表氯醇的反应产物的树脂。这些可用的液态环氧树脂的市售实例包括得自以下的那些：(1)The Dow Chemical Company，且以D.E.R.TM330、D.E.R.TM331或D.E.R.TM383出售；(2)Hexion Specialty Chemicals Company且以EPONTM828出售；(3)Huntsman International LLC且以ARALDITETMGY6010出售；(4)Nan YaPlastics Corp.(台湾)且以NPEL-128出售；并且(5)大连齐化(Dalian Quiha,中华人民共和国)且以DYD-128出售。在本发明的环氧组合物的多种实施方式中，可以使用一种或多种源自双酚A和表氯醇的反应产物的液态环氧树脂。
本发明的环氧树脂组合物表现出比未改性的双酚A二缩水甘油醚改进的结晶抑制性。在此所使用的“比未改性的双酚A二缩水甘油醚改进的结晶抑制性”指的是本发明的环氧组合物依照ISO方法4895测试时，比未改性的双酚A二缩水甘油醚在进入阶段Ｃ前将会保留在阶段A和B合起来至少30%更长的时间阶段。在一些实施方式中，本发明的环氧树脂在阶段Ａ和／或Ｂ保留至少10天，或者在可替代的实施方式中，保留至少20天，或者在可替代的实施方式中，保留至少30天，或者在可替代的实施方式中，保留至少40天，或者在可替代的实施方式中，保留至少60天。
在本发明的一些实施方式中，本发明的环氧树脂组合物可用于一种或多种应用，包括，举例来说，涂料、粘结剂、密封剂、铸塑体、层压体和复合材料。
测试方法
抗结晶性研究
使用ISO方法4895来评价树脂混合物的抗结晶性。将碳酸钙在125°C炉子中处理3小时，然后在室温下达到平衡(equilibrated,或静置？)。将DGEBF和DGEBA样品在烘箱中在60°C加热16小时以熔融任何晶体，并且在室温下平衡1小时。将每一种测试的环氧树脂(20g)、调适过的碳酸钙(20g)、以及乙醇(2g)加入到4盎司(4-oz)的玻璃瓶中，并且用一根玻璃搅拌棒手动混合2分钟。
将含有混合成分的瓶子用塑料螺帽密封起来，然后以垂直位置放在10°C冰箱里。第二天上午将样品从冰箱里移出，并在约22°C平衡大约1小时。然后将瓶子以水平位置放置1分钟。观察样品，流动状态如下归类：
阶段Ａ：样品流动并在一分钟内到达瓶颈。
阶段Ｂ：样品流动，且没到达瓶颈
阶段Ｃ：没有可观察到的样品流动
在记录了样品流动的初始阶段后，将样品用玻璃棒手动混合一分钟，并且再放回冰箱。每天以此方式处理样品。当样品的流动达到阶段Ｃ或测试60天后丢弃样品。样品的结晶倾向用该样品在阶段Ａ和Ｂ的时间来表达。因此，样品保留在阶段Ａ和Ｂ的时间越长，该样品结晶的倾向越低。
本发明实施例和比较例
下列是实施例说明了本发明但并无意于限制本发明的范围。
表1描述了在比较例和本发明实施例中使用的基体环氧树脂。
表1
使用的其它化学品包括以下：
VICRONTM41-8食品级石灰石（也就是，碳酸钙）（来源于SpecialtyMaterials,Adams,MA）；乙醇，获得于Sigma-Aldrich Co.
为制备本发明实施例，将如表1所描述的双酚A二缩水甘油醚加入到4盎司玻璃瓶中，随后在混合物中逐滴加入苯胺，以得到苯胺的目标重量百分比。将该混合物加热至60°C，并且充分摇晃以获得均匀的混合物。然后将瓶子放入80°C烘箱中3小时，不时进行搅拌。3小时后将该混合物冷却到室温，并且对结晶抑制性进行测试。通过如下方法将比较例进行预处理，在60°C烘箱中加热16小时以熔融任何存在的晶体，然后在结晶抑制性测试之前于室温下平衡一小时。下表2展示了每个本发明实施例和比较例的组合物，同样也展示了根据ISO方法4895的结晶抑制性测试的结果。
表2
*在60天结束时保留在阶段Ａ，此时终止测试。
比较例显示，当没有添加剂或者使用14重量百分比的D.E.R.TM354(DGEBF)时，双酚A二缩水甘油醚环氧树脂有结晶倾向。正如能看到的，D.E.R.TM332（比较例1）显示迅速进入阶段Ｂ和Ｃ。就是说，当未被DGEBF或苯胺的存在改变时，D.E.R.TM332迅速表示出结晶。与没有改性的D.E.R.TM332树脂相比，D.E.R.TM332的芳香胺改性改进了抗结晶性。
芳香胺改性显著地改进了未改性的D.E.R.TM383和D.E.R.TM331的抗结晶性。在2.5wt%苯胺含量改性下，D.E.R.TM383和D.E.R.TM331树脂在结晶测试的六十天自始至终都保留在阶段Ｂ。
在没有脱离其精神和实质特征的前提下，可用其它方式实施本发明，因此，作为指示本发明的范围，应参考所附的权利要求，而非前面的具体陈述。

Claims (8)

1.一种环氧树脂组合物，该组合物包含如下混合物的反应产物，该混合物包含98.7到97.5wt％的环氧成分，该环氧成分包含一种或多种双酚A二缩水甘油醚，以及1.3到2.5wt％的添加剂成分，该添加剂成分包含一种或多种芳香胺，其中每种芳香胺含有不超过两个的胺氢原子，其中所述环氧树脂组合物表现出比所述双酚A二缩水甘油醚改进的结晶抑制性；
其中所述一种或多种芳香胺选自苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、4-丙基苯胺、4-乙基苯胺、3-氯代苯胺、4-羟基苯胺、3-氰基苯胺、2,4-二甲基苯胺、2,6-二甲基苯胺、N,N'-二甲基苯-1,4-二胺，1-萘基胺，及其组合和混合物。
2.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其中所述一种或多种芳香胺中包含苯胺。
3.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其中所述混合物包含97.5wt％的所述一种或多种双酚A二缩水甘油醚，以及2.5wt％的苯胺。
4.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其中所述一种或多种双酚A二缩水甘油醚具有172至176g/当量的环氧当量，以及在25℃下4,000至6,000cP的粘度。
5.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其中所述一种或多种双酚A二缩水甘油醚具有182至192g/当量的环氧当量，以及在25℃下11,000至14,000cP的粘度。
6.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其中所述一种或多种双酚A二缩水甘油醚具有176至183g/当量的环氧当量，以及在25℃下9,000至10,500cP的粘度。
7.一种使用如权利要求1-6任意一项所述的环氧树脂组合物的方法，该方法包含将所述环氧树脂组合物并入涂料、粘结剂、密封剂、铸塑体或层压体中。
8.一种使用如权利要求1-6任意一项所述的环氧树脂组合物的方法，该方法包含将所述环氧树脂组合物并入复合材料中。
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