CN104725776A - 一种海因型环氧树脂增韧剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

海因型环氧树脂是一种高性能特种环氧树脂，本发明提供一种由海因型环氧树脂为载体的增韧剂。该增韧剂主要用于海因型环氧树脂等耐高温树脂的增韧，能大幅提高海因环氧基体的冲击强度，并且热变形温度不降低，保持了海因型环氧树脂原有的耐高温性能。本增韧剂主要成分为：复合纳米弹性体，FL-1表面润滑分散剂，FL-2活性表而处理剂，消泡剂等。本发明配方采用自主设计的高能均化分散法，经过配料，预分散，表面包覆改性，高能研磨，超声波处理，高压均化处理等工序精细加工制成。

Description

一种海因型环氧树脂增韧剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以海因型环氧树脂为载体，以复合纳米弹性体为主要功能成分的增韧剂及其制备方法。 

背景技术

海因型环氧树脂是一类不同于普通二酚基丙烷型环氧树脂的特种环氧树脂，其化学名称为2,4 -咪唑烷二酮-3,5,5 -二甲基-1,3 -二（2 -环氧乙烷基甲基）-均聚物，其结构以海因多元杂环和反应性环氧基为特征。海因型环氧树脂的主要性能特点为：（1）粘度低，只有普通二酚基丙烷型环氧树脂粘度的1/4~1/3，工艺操作性好；（2）固化物耐温高，热稳定性好；（3）耐候性好；（4）具有优秀的耐电弧性和抗漏电性；（5）毒性小，安全环保。广泛应用于光电元件包封料、高压电器绝缘材料、耐高温胶粘剂、无溶剂涂料、船舶防污涂料、食品包装涂料、海洋建材、建筑结构胶等各个领域，是现代工业重要原料之一。 

但随着相关产业的发展，对材料性能要求提高，海因型环氧树脂在应用中也暴露出自身的缺陷，主要表现为：脆性大；耐高低温交变性差；耐疲劳性差；抗开裂性差。这些缺陷容易导致裂纹产生，裂纹会导致水、空气、杂质等外界有害因素加剧对制品的破坏，这样会严重地降低制品的使用性能，缩短使用寿命。例如：高压电器绝缘材料在高低温交变环境内中会产生应力疲劳、产生裂纹并扩展，导致水分，空气等破坏性影响就加剧，造成材料失效，产品报废。这些情况会造成巨大的经济损失，甚至造成重大事故。为了减少损失和降低风险，需要克服海因环氧树脂的诸多不足，必须对海因环氧树脂改性，提高韧性、降低脆性、且保持其它的原有优良特性，就成了工业应用中的一个重大课题。 

 经市场调查分析，尚未发现对海因型环氧树脂有较好的增韧方法及产品。经大量试验发现应用现有通用环氧树脂增韧剂体系来增韧海因环氧时，会出现难以克服的问题，例如：采用液体丁腈橡胶增韧海因型环氧树脂，会出现相容性不佳，固化分相后橡胶微粒大小不均，热变形温度降低等新问题；采用改性丁腈橡胶或聚醚多元醇类增韧剂等会使耐温性能大幅下降，丧失重要的应用价值；使用无机纳米粒子或核壳结构纳米粒子、以及有机弹性纳米粒子增韧，会出现加工难度大，要分散均匀十分困难，以至于达不到增韧目的。 

发明内容

 综上分析可知：海因型环氧树脂因为具有特殊的杂环结构，所以具有低粘度、耐高温、高绝缘等优异性能，进而得到大量使用；但在使用中暴露出海因环氧树脂存在的缺陷，主要有：脆性大、制品易开裂等；增韧改性难，橡胶类常用增韧剂改性时会降低耐热性且相容性不好，用纳米材料增韧又难以均匀分散。 

  鉴于海因型环氧树脂应用中的以上难题，本发明的目的在于提供一种新型的增韧剂，其性能要求为：既能大幅提高海因环氧树脂的韧性，又保持原有的耐高温、高绝缘等性能不降低，还要与海因环氧树脂相容性好，并且应用操作简便。 

我们经过长期研究、反复试验，提出了一种采用复合纳米弹性体为主要增韧成分，辅以复配纳米材料分散剂和活性表面处理剂，并以海因环氧树脂为载体，经过专门设计的高能均化分散法能将复合纳米弹性体分散到载体树脂中，制成海因型环氧树脂增韧剂。增韧剂具有高增韧材料填充量，且其中的纳米粒子分布均匀，形成一种蜂窝状有机/无机混杂构造，从而达到大幅提高韧性，又不损失耐高温性等其它性能的目的；由于载体就是海因环氧树脂，提高了增韧剂自身的耐高温性能，同时解决相容性问题并简化加工操作，进而使得综合性能显著提升，可以解决实际应用中的问题。 

 本发明应用的复合纳米弹性体为： 由羧基丁腈弹性纳米粒子、丁腈弹性纳米粒子、羧基丁苯弹性纳米粒子、丁苯吡弹性纳米粒子中一种或几种加或不加纳米碳化硅、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中一种或几种，利用纳米材料的表面效应、小尺寸效应经过专门处理制得的有机或有机/无机多粒子协同作用的杂化纳米级复合弹性结构。 

本发明所使用的FL-1纳米润滑分散剂为：由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、油酸酰胺(9-十八碳烯酰胺)等中一种或几种经复配制成。 

本发明所使用的FL-2活性表面处理剂为：由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中一种或几种经复配制成。 

本发明所使用的消泡剂为：由聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯单丁基醚、聚二甲基硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷中一种或几种经复配制成。 

本发明应用的海因型环氧树脂为：含有一个或多个海因环且含有两个或两个以上缩水甘油基的多官能度海因型环氧树脂或其同系物的混合物。 

本发明应用的高能均化分散法（见附图1），其原理为，用高速搅拌机将软团聚的纳米粒子团聚体在润滑分散剂作用下强力破碎；再用高速胶体磨研磨数遍使纳米团聚体进一步细化至纳米级；然后加入纳米活性处理剂，经搅拌进行浸润包覆处理；再转入胶体磨中进行活化；再移入超声波处理器，并加入1/4总量的海因环氧树脂进行超过声处理一定时间；处理完毕后加入其余海因环氧树脂进行搅拌混合；然后转移到均质机中均质数遍，得到海因环氧树脂增韧剂。 

将本发明制备的增韧剂按适当比例添加到待增韧的海因类环氧树脂中，可以大提升海因环氧树脂固化物的冲击强度；高效减少甚至消除开裂现象；保持基体树脂原有耐高温度性能（如：热变形温度）不降低，能扩大海因型环氧树脂在高温、耐候等领域的应用；增韧剂与海因环氧树脂相容性佳，且粘度中等，增韧操作无需特殊设备，应用简便；增韧剂的加工制造中不用溶剂，无毒无害无三废，环保性有保证。 

附图说明

图1是高能均化分散法制备海因型环氧树脂增韧剂工艺流程图。

  

具体实施方式

根据上述设计方案，现制备HYR1和HYR2两款增韧剂产品，实施例配方如表1。 

表1     海因型环氧树脂增韧剂实施例配方 

  海因型环氧树脂增韧剂加工流程详细分八步，如下：

步骤1、预分散：将纳米弹性粒子置于分散用容器中，加入FL-1复合润滑分散剂，经高速搅拌机搅拌，转速4000r/min，时间25分钟，保持温度在25℃~45℃；

步骤2、细分散：将步骤1所得物料转入胶体磨中，研磨两遍，保持温度在25℃~45℃；

步骤3、浸润包覆：将步骤2所得物料转入分散用容器中，加入FL-2活性表面处理剂，用高速搅拌机搅拌，转速100r/min，时间120分钟，，保持温度在25℃~45℃；

步骤4、辅助分散：向步骤3所得物料中加入消泡剂，总量1/4海因环氧树脂，用通用搅拌机搅拌，转速70r/min，时间60分钟，保持温度在25℃~45℃；

步骤5、精分散：将步骤4所得物料转入胶体磨中，研磨两遍，保持温度在25℃~55℃；

步骤6、辅助分散：将步骤5所得物料置于搅拌容器中，加入总量3/4的海因环氧树脂，用通用搅拌机搅拌，转速80r/min，时间60分钟，保持温度在25℃~45℃；

步骤7、超声波处理：将步骤6所得物料置于超声波处理器中，超声频率为21 kHz ~22kHz，处理时间30分钟，加工中控制温度在25℃~45℃。

步骤8、均化处理：将步骤7所得物料置于高压均质机中，均化处理两遍，加工中控制温度不超过95℃，调节压力80MPa,，加工完毕后，自然冷却至室温，得增韧剂HYR1、HYR2。 

  

应用增韧剂改性海因环氧树脂实例

将增韧剂HYR1、增韧剂HYR2，按以下配方和操作改性海因环氧树脂并测试固化物性能，配方见表2，性能见表3。

表2    海因型环氧树脂增韧剂改性海因环氧树脂配方 

按上述配方分别将原料加入三口瓶中，90℃搅拌抽真空30分钟，后浇入模具中固化，

固化条件：100℃/1h+130℃/3h+180℃/4h，并按相关标准制样并测试，结果如下：

表3    海因型环氧树脂增韧剂改性海因环氧树脂固化物性能

Claims (8)

1.一种海因型环氧树脂增韧剂，其特征在于增韧剂组成（质量分数：%）为：

复合纳米弹性体               18~50

FL-1复合润滑分散剂           1~5

FL-2活性表面处理剂           5~10

消泡剂                              1~5

海因环氧树脂                  30~75

一种海因型环氧树脂增韧剂制备方法为高能均化分散法，其特征在于主要加工步骤为：预分散，细分散，浸润包覆，精分散，超声波处理，高压均化处理；主要加工设备为高速搅拌机，高速胶体磨，超声波分散机，高压均质机。

2.根据权利要求1所述的复合纳米弹性体，其特征为：由羧基丁腈弹性纳米粒子、丁腈弹性纳米粒子、羧基丁苯弹性纳米粒子、丁苯吡弹性纳米粒子中一种或几种加或不加纳米碳化硅、纳米二氧化硅、纳料氧化铝中一种或几种，利用纳米材料的表面效应、小尺寸效应经过专门处理制得的有机或有机/无机多粒子协同作用的杂化纳米级复合弹性结构。

3.   根据权利要求1所述的FL-1复合润滑分散剂，其特征为：由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、油酸酰胺(9-十八碳烯酰胺)等中一种或几种经复配制成。

4.根据权利要求1所述的FL-2活性表面处理剂，其特征为：由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中一种或几种经复配制成。

5.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征为：由聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯单丁基醚、聚二甲基硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷中一种或几种经复配制成。

6.权利要求1所述的海因型环氧树脂，其特征为：含有一个或多个海因环且含有两个或两个以上缩水甘油基的多官能度海因环氧树脂或其同系物的混合物。

7.根据权利要求1所述的高能均化分散法，其特征为：加工工序为：预分散、细分散、浸润包覆、精分散、超声波处理、均化处理及辅助分散的适当工艺组合。

8.根据权利要求1所述的高能均化分散法，其特征为：主要加工设备由高速搅拌机，高速胶体磨，超声波分散机，高压均质机、通用搅拌机组成。