CN103408726A - 一种增韧型环氧树脂固化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种增韧型环氧树脂固化剂，本发明提供的一种增韧型环氧树脂固化剂，由化合物A、化合物B和氨基聚醚制成；所述化合物A由多元胺和环状碳酸酯类化合物开环反应制得，所述化合物B由多元胺与内酯类化合物开环反应制得。还提供了该增韧型环氧树脂固化剂的制备方法与应用。该环氧树脂固化剂制备方法简单、成本低廉，具有增韧效果好、粘度小、常温固化、无色透明和环境友好等诸多优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种增韧型环氧树脂固化剂及其制备方法，还涉及该固化剂在制备环氧树脂固化物中的应用。
背景技术
环氧树脂固化物具有粘结力强、可以常温固化、固化收缩小、力学性能高和耐腐蚀性能优异等特点，因此作为胶黏剂、涂料、灌浆材料等被广泛应用于建筑、机械、电子等众多领域。但是环氧树脂材料的脆性较大，在外界冲击力作用下容易发生断裂破坏，这也成为限制环氧树脂材料应用的最大问题之一。
环氧树脂固化物在现有应用中，通常采用加入增韧剂或者使用聚酰胺类固化剂的方法来实现环氧树脂体系的增韧。然而，加入增韧剂的方法会影响材料的耐久性性能；而聚酰胺类固化剂的合成工艺繁琐、粘度较大，一般需要加入稀释剂才可以在常温下进行使用。因此开发低粘、能在常温固化的增韧型的改性胺固化剂，将使环氧树脂材料应用范围大大增加。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种增韧型环氧树脂固化剂及其制备方法。
本发明的第二目的是提供上述增韧型环氧树脂固化剂的在制备环氧树脂固化物的应用。
技术方案：本发明提供的一种增韧型环氧树脂固化剂，由化合物A、化合物B和氨基聚醚制成；所述化合物A由多元胺和环状碳酸酯类化合物开环反应制得，所述化合物B由多元胺与内酯类化合物开环反应制得。
其中，所述化合物A、化合物B和氨基聚醚的质量比为（0.1～10）：（0.1～10）：1。
其中，所述多元胺选自多乙烯多胺类化合物、多元脂环胺类化合物，优选地，所述多元胺选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、异佛尔酮二胺、孟烷二胺和双（4-氨基环己基）甲烷中的一种或几种。
其中，所述环状碳酸酯类化合物选自选自碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甘油酯中的一种或几种。
其中，所述内酯类化合物选自选自丁内酯、已内酯和γ-辛内酯中的一种或几种。
其中，所述氨基聚醚选自分子量为150～5000的氨基聚醚中的一种或几种。
本发明还提供了上述增韧型环氧树脂固化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）多元胺和环状碳酸酯类化合物反应，得化合物A；
（2）多元胺与内酯类化合物反应，得化合物B；
（3）化合物A、化合物B和氨基聚醚混匀后，即得。
其中，步骤（1）中，所述多元胺和环状碳酸酯类化合物的摩尔比为1：（1-3），其反应温度为室温，反应时间为20-40min。
其中，步骤（2）中，所述多元胺与内酯类化合物的摩尔比为1：（1～3），其反应温度为50-70℃，反应时间为1-3h。
本发明还提供了上述增韧型环氧树脂固化剂在制备环氧树脂固化物中的应用。该增韧型环氧树脂固化剂可以应用于环氧结构胶、环氧砂浆、环氧防护漆等功能型环氧树脂固化物的制备中。实际应用时，按照胺活性氢的数目计算同环氧树脂反应的理论配比，然后在理论配比±10%的范围内进行试验以确定最佳配比。
有益效果：本发明提供的环氧树脂固化剂制备方法简单、成本低廉，具有增韧效果好、粘度小、常温固化、无色透明和环境友好等诸多优点。
申请人通过大量实验发现，环状碳酸酯类化合物和内酯类化合物可以分别与有机胺发生开环反应，开环后的新化合物中含有大量的酰胺基，因此具有较好的增韧效果。
申请人通过大量实验发现，氨基聚醚具有柔顺的较长聚醚链，同环氧树脂发生固化反应后，可以有效的降低环氧固化物的交联密度，并且固化物结构刚性下降，因此可以对环氧固化物进行有效的增韧。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
增韧型环氧树脂固化剂的制备，包括以下步骤：
（1）在配有搅拌的烧瓶中先加入多元胺，然后在常温条件下，滴加环状碳酸酯类化合物，在30分钟内滴完（过程中适时用冰水浴对烧瓶进行冷却，保证整个过程中的体系温度保持在20～30℃之间），滴完后室温搅拌20-40min后即制得化合物A；
（2）在配有搅拌的烧瓶中先加入多元胺，升温至50～70℃，滴内酯类加合物，在30分钟内滴完（过程中适时用冷水浴对烧瓶进行冷却，保证整个过程中的体系温度保持设定温度），滴完后保温反应1～3小时即制得化合物B；
（3）将化合物A、化合物B和氨基聚醚按顺序加入到反应釜中，常温搅拌20-40min后，即制得本发明增韧型环氧树脂固化剂。
其中，步骤（1）中，反应条件见表1。
表1步骤（1）的反应条件
其中，步骤（2）中，反应条件见表2。
表2步骤（2）的反应条件
其中，步骤（3）中，反应条件见表3。
表3步骤（3）的反应条件
实施例2
环氧树脂固化物的制备：
使用实施例1所制备的8种固化剂、、市售聚酰胺650固化剂（长沙化工）、市售酚醛改性T31固化剂（长沙化工）、二乙烯三胺（DETA）和异佛尔酮二胺（IPDA）分别与E51环氧树脂按照最佳反应配比混合制备环氧树脂固化物
分别测试其抗压强度、抗拉强度、伸长率、受拉弹性模量和钢-钢拉伸抗剪强度。
测试方法：环氧树脂固化物性能按照GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》，GB/T2567-2008《树脂浇铸体性能试验方法》，GB/T7124-2008《胶黏剂拉伸剪切强度的测定》等标准中的相关规定执行。
结果见表4。
表4使用本发明增韧型固化剂制备的环氧固化物的性能
注：成型、养护和测试均在5℃。
通过表4的性能测试结果可以发现，本发明所制备的7种固化剂均表现出优异的增韧效果。同市售聚酰胺固化剂相比，在抗压强度和抗拉强度接近的情况下，其具有较高的伸长率和较低的受拉弹性模量；同二乙烯三胺和异佛尔酮二胺等未改性有机胺来说，其增韧效果显得特别明显。由于本发明增韧型环氧树脂固化剂中富含酰胺基、羟基等功能型基团，因此其与环氧树脂发生反应后的固化物具有更强的粘结性能，上表的剪切强度数据表明，本发明所制备的增韧型固化剂对提高环氧固化物的粘结性能效果明显。
Claims (10)
1.一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：由化合物A、化合物B和氨基聚醚制成；所述化合物A由多元胺和环状碳酸酯类化合物开环反应制得，所述化合物B由多元胺与内酯类化合物开环反应制得。
2.根据权利要求1所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：所述化合物A、化合物B和氨基聚醚的质量比为（0.1～10）：（0.1～10）：1。
3.根据权利要求1所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：所述多元胺选自多乙烯多胺类化合物、多元脂环胺类化合物，优选地，所述多元胺选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、异佛尔酮二胺、孟烷二胺和双（4-氨基环己基）甲烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：所述环状碳酸酯类化合物选自选自碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甘油酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：所述内酯类化合物选自选自丁内酯、已内酯和γ-辛内酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：所述氨基聚醚选自分子量为150～5000的氨基聚醚中的一种或几种。
7.一种增韧型环氧树脂固化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）多元胺和环状碳酸酯类化合物反应，得化合物A；
（2）多元胺与内酯类化合物反应，得化合物B；
（3）化合物A、化合物B和氨基聚醚混匀后，即得。
8.根据权利要求7所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：步骤（1）中，所述多元胺和环状碳酸酯类化合物的摩尔比为1：（1-3），其反应温度为室温，反应时间为20-40min。
9.根据权利要求7所述的一种增韧型环氧树脂固化剂，其特征在于：步骤（2）中，所述多元胺与内酯类化合物的摩尔比为1：（1～3），其反应温度为50-70℃，反应时间为1-3h。
10.权利要求1-6任一项所述增韧型环氧树脂固化剂在制备环氧树脂固化物中的应用。
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