CN107586376A - 一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，将不饱和醛加入到反应器中，一定温度下与月桂烯反应制得月桂烯基醛；然后将制得的月桂烯基醛与亚磷酸二酯和多元胺反应得到阻燃型月桂烯基多元胺。本发明所制备的阻燃型月桂烯基多元胺可用于环氧固化剂领域，阻燃型月桂烯基多元胺是一类全新的绿色环保型环氧固化剂，具有粘度低、胺值高、调配自由性强等优点，用其制得的环氧固化物具有阻燃性好、强度高、耐腐蚀性强、耐候性好的特点。在汽车、电子、医疗、建筑等领域可具有广泛的应用前景。产品采用环保可再生的月桂烯为原料，制备工艺简单，反应条件缓和，大大提高月桂烯的产品附加值。

Description

一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法

技术领域

本发明属于环氧树脂领域，特别涉及一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法。

背景技术

曼尼希碱多元胺是一类应用广泛的改性胺环氧固化剂，它通常以酚类、醛类和多胺类化合物通过曼尼希反应制得,具有常温呈液态、活性高、操作性好、可低温或潮湿环境固化环氧树脂，其环氧固化物具有极好的柔韧性、抗腐蚀性、粘结性及耐水性，目前已广泛应用于粘结剂、环氧涂料、建筑结构胶等领域。

然而阻燃性差却成为阻碍曼尼希碱多元胺固化剂及环氧树脂进一步发展的重要因素。因此对其进行合理的阻燃改性是一大研究热点。阻燃剂的添加是改善树脂阻燃性能的重要途径。环氧树脂大多阻燃性能较差，固化涂层受热易变形甚至着火，通常的解决方法是添加适量的阻燃剂，常规阻燃剂大多属于非反应型阻燃剂，改性后的固化体系存在阻燃性能低下、阻燃剂易析出等现象。反应型磷系阻燃改性可赋予环氧固化体系优异的阻燃性能，磷是一种易形成化合物的元素，P—O—C键或P—C键具有很好的稳定性，含磷阻燃体系可在一定温度下热分解，形成耐热残炭层，实现其阻燃功能。磷酸酯类化合物是一种常见的功能型化合物，热分解比较低，在燃烧过程中，很容易形成耐热炭层，起到隔热、隔氧的作用，以达到良好的阻燃效果；含有磷酸酯结构的环氧树脂固化物的初始热分解温度和玻璃化转化温度一般比较低，含磷的环氧固化物是一种绿色环保型材料，在使用过程中不会对人的身体及环境带来影响。

月桂烯是一种常见的天然单萜烯资源，其分子结构中含有两个顺式的共轭双键和一个孤立的双键，其三个独特的双键结构使其成为合成香料和药物中间体的重要原料，例如可用月桂烯合成柑菁醛、薄荷醇、橙花醇、柠檬醛、香茅醛、龙涎酮等。月桂烯作为一种化学性质活泼的天然产物，但工业上大部分只用于合成香料，这大大限制了它的应用。本研究采用月桂烯开发新型的阻燃型曼尼希碱多元胺环氧固化剂，不仅提高了环氧树脂材料的阻燃性能，也使得单萜烯资源在高值化产业开发利用上具有重要的研究意义。

发明内容

解决的技术问题：本发明将阻燃性P元素引入到曼尼希碱多元胺环氧固化剂中，用来提高环氧树脂固化物的阻燃性能，提供了一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，分子结构中融合磷系阻燃基团，可显著提高环氧固化物的阻燃性，使得环氧树脂在汽车、医疗、电子、建筑等领域可具有更广泛的应用前景。

技术方案：一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，由以下步骤制得：第一步：将不饱和醛加入到反应器中，升温到45～55℃，按摩尔比为不饱和醛:月桂烯＝1:(1～1.2) 的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在50～60℃；滴加完毕后，在60～80℃下反应3～7h，得到月桂烯基醛；第二步：然后将多元胺加入到反应容器中，搅拌，0～10℃低温条件下将与多元胺等摩尔比的月桂烯基醛滴加至混有溶剂A的多元胺中，溶剂A与多元胺的摩尔比为 5:1，滴加完毕后继续反应1～2h得中间产物B，然后加入与中间产物B等摩尔比的亚磷酸二酯，并在60～100℃条件下反应6～10h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

上述的不饱和醛为丙烯醛、茴香醛、对二甲基丙烯醛、2-乙基丙烯醛或3-甲基巴豆醛。

上述多元胺为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、己二胺、二乙烯三胺、间苯二胺、邻苯二胺、四甲基乙二胺、十二烷二元胺、丙二醇双-(4,4'-二氨基)苯甲酸酯或4,4'-二氨基二苯基醚。

上述溶剂A为丙酮、二氧六环或四氢呋喃。

上述亚磷酸二酯是亚磷酸二丁酯或亚磷酸二乙酯。

有益效果：本发明中以天然的生物质资源月桂烯为原料，保证了原料的可再生性，减少了对化工原料的依赖。引入反应型亚磷酸酯类阻燃剂，克服了添加型阻燃剂存在的阻燃性能差、添加量大、易析出等缺点，提高了固化物的阻燃性能。引入亚磷酸酯结构可与固化体系中的氮元素构筑新的P—N复合阻燃体系，形成阻燃性优势互补，因此树脂固化物阻燃性能大大提升。

附图说明

图1为实施例1中中间体和最终产物的红外光谱分析图，取实施例1中的中间体和最终产物进行红外光谱分析，采用月桂烯和丙烯醛制备的月桂烯基醛中间体在2750cm^-1处出现了显著的醛基伸缩振动吸收峰，1690cm^-1处则出现了醛基中羰基的特征吸收峰，红外分析表明月桂烯基醛中间体成功制备；另外，在制备的阻燃型月桂烯基多元胺的红外分析曲线上，2380 cm^-1处P-H键的特征吸收峰几乎消失，另外1690cm^-1处醛基中羰基的特征吸收峰消失，3350 cm^-1出现了胺基N-H键所形成的氢键的特征吸收峰，表明阻燃型月桂烯基多元胺成功合成制备。

具体实施方式

下面给出部分实例以对本发明做进一步说明，但以下实施例并非是对本发明保护范围的限制说明，该领域技术人员根据本发明内容作出一些非本质的改进和调整仍属本发明保护内容。

实施例1

将一定量丙烯醛加入到反应器中，升温到45℃，按摩尔比为丙烯醛:月桂烯＝1:1.2的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在60℃；滴加完毕后，在70℃下反应5h，得到月桂烯基醛；然后将乙二胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂丙酮的乙二胺中，丙酮与乙二胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二乙酯，并然后在90℃条件下反应8h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例2

将一定量茴香醛加入到反应器中，升温到55℃，按摩尔比为茴香醛:月桂烯＝1:1.2的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在50℃；滴加完毕后，在80℃下反应4h，得到月桂烯基醛；然后将己二胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂四氢呋喃的己二胺中，四氢呋喃与己二胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应1h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二丁酯，并然后在90℃条件下反应8h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例3

将一定量丙烯醛加入到反应器中，升温到50℃，按摩尔比为丙烯醛:月桂烯＝1:1.05的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在55℃；滴加完毕后，在70℃下反应5h，得到月桂烯基醛；然后将二乙烯三胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂二氧六环的二乙烯三胺中，二氧六环与二乙烯三胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应1.5h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二乙酯，并然后在60～100℃条件下反应6h～10h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例4

将一定量对二甲基丙烯醛加入到反应器中，升温到50℃，按摩尔比为对二甲基丙烯醛: 月桂烯＝1:1.15的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在55℃；滴加完毕后，在65℃下反应7h，得到月桂烯基醛；然后将间苯二胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂丙酮的间苯二胺中，丙酮与间苯二胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二乙酯，并然后在85℃条件下反应8h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例5

将一定量对二甲基丙烯醛加入到反应器中，升温到52℃，按摩尔比为对二甲基丙烯醛: 月桂烯＝1:1.2的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在52℃；滴加完毕后，在75℃下反应 5h，得到月桂烯基醛；然后将邻苯二胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂丙酮的邻苯二胺中，丙酮与邻苯二胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二丁酯，并然后在80℃条件下反应9h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例6

将一定量2-乙基丙烯醛加入到反应器中，升温到48℃，按摩尔比为2-乙基丙烯醛:月桂烯＝1:1.2的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在53℃；滴加完毕后，在65℃下反应6h，得到月桂烯基醛；然后将四甲基乙二胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂二氧六环的四甲基乙二胺中，二氧六环与四甲基乙二胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二乙酯，并然后在70℃条件下反应10h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例7

将一定量3-甲基巴豆醛加入到反应器中，升温到50℃，按摩尔比为3-甲基巴豆醛:月桂烯＝1:1.1的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在58℃；滴加完毕后，在70℃下反应5h，得到月桂烯基醛；然后将十二烷二元胺加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂四氢呋喃的十二烷二元胺中，四氢呋喃与十二烷二元胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二丁酯，并然后在80℃条件下反应8h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例8

将一定量2-乙基丙烯醛加入到反应器中，升温到50℃，按摩尔比为2-乙基丙烯醛:月桂烯＝1:1.2的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在58℃；滴加完毕后，在80℃下反应3h，得到月桂烯基醛；然后将丙二醇双-(4,4'-二氨基)苯甲酸酯加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂四氢呋喃的丙二醇双-(4,4'-二氨基)苯甲酸酯中，四氢呋喃与丙二醇双-(4,4'-二氨基)苯甲酸酯的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应 2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二乙酯，并然后在100℃条件下反应6h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

实施例9

将一定量丙烯醛加入到反应器中，升温到55℃，按摩尔比为丙烯醛:月桂烯＝1:1的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在58℃；滴加完毕后，在60℃下反应7h，得到月桂烯基醛；然后将4,4'-二氨基二苯基醚加入到反应容器中，搅拌0～10℃低温条件下将等摩尔比的月桂烯基醛缓慢滴加至混有溶剂二氧六环的4,4'-二氨基二苯基醚中，二氧六环与4,4'-二氨基二苯基醚的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应2h，然后加入与月桂烯基醛等摩尔比的亚磷酸二乙酯，并然后在60℃条件下反应10h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

比较例：

实验组1：将实施例1制备的阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂准确称取63.2g，再加入100.0g E51，混合均匀后，将样品倒入模具中，首先将样品放置几分钟，消除气泡，然后45℃条件下预固化3h，而后于100℃中高温固化8h。

实验组2：将实施例3制备的阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂准确称取52.9g，再加入100.0g E51，混合均匀后，将样品倒入模具中，首先将样品放置几分钟，消除气泡，然后45℃条件下预固化3h，而后于100℃中高温固化8h。

对上述两种热固化材料进行力学性能及阻燃性能分析，测定结果如表1中所述。

表1随机取各实验组的热固化性能对比

注：固化样条拉伸强度参照GB/T 1040.3-2006测试，LOI参照国标GB/T 2406-2009。

Claims (5)

1.一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，其特征在于由以下步骤制得：

第一步：将不饱和醛加入到反应器中，升温到45~55℃，按摩尔比为不饱和醛:月桂烯=1:（1~1.2）的比例滴加月桂烯，滴加过程中温度维持在50~60℃；滴加完毕后，在60~80℃下反应3~7h，得到月桂烯基醛；

第二步：然后将多元胺加入到反应容器中，搅拌，0~10℃低温条件下将与多元胺等摩尔比的月桂烯基醛滴加至混有溶剂A的多元胺中，溶剂A与多元胺的摩尔比为5:1，滴加完毕后继续反应1~2h得中间产物B，然后加入与中间产物B等摩尔比的亚磷酸二酯，并在60~100℃条件下反应6~10h，减压蒸馏除去多余的游离胺和溶剂，即得到油状物阻燃型月桂烯基多元胺。

2.根据权利要求1所述一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，其特征在于所述的不饱和醛为丙烯醛、茴香醛、对二甲基丙烯醛、2-乙基丙烯醛或3-甲基巴豆醛。

3.根据权利要求1所述一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，其特征在于所述多元胺为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、己二胺、二乙烯三胺、间苯二胺、邻苯二胺、四甲基乙二胺、十二烷二元胺、丙二醇双-(4,4'-二氨基)苯甲酸酯或4,4'-二氨基二苯基醚。

4.根据权利要求1所述一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，其特征在于所述溶剂A为丙酮、二氧六环或四氢呋喃。

5.根据权利要求1所述一种阻燃型月桂烯基多元胺环氧固化剂的制备方法，其特征在于所述亚磷酸二酯是亚磷酸二丁酯或亚磷酸二乙酯。