CN109232896B - 一种环氧树脂增韧剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种环氧树脂增韧剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环氧树脂增韧剂及其制备方法和应用，本发明所述增韧剂是以氨基硅油和活性稀释剂为原料，经反应制备的环氧树脂增韧剂。本发明的制备工艺简单、对环境友好，所制备的增韧剂应用于环氧树脂能大幅提高环氧基体的冲击强度，并能提升体系的耐热性能，同时本发明的增韧剂还可直接作为体系稀释剂使用。

Description

一种环氧树脂增韧剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种增韧剂，尤其涉及一种环氧树脂增韧剂及其制备方法和应用。
背景技术
环氧树脂由于具有价格适中、适用面广等特点，因而大量应用于电子电工、建材、机械制造、军工等各个领域。但环氧固化物的脆性偏大，故应用时一般都需要经过必要的增韧改性处理，方可获得较为满意的应用效果。目前工业应用较多的环氧树脂增韧剂主要有聚醚多元醇、端羧基橡胶、长链脂肪胺等主链为柔性链的化合物，这些增韧剂的增韧效果还可以，但普遍存在增韧剂用量较大时，固化物的热变形温度和高温性能下降较多的缺点。
有机硅具有热稳定性好、耐氧化、耐候及低温性能好、压缩率较大、表面能低、介电强度高等优点，用有机硅改性环氧树脂是近年来发展起来的既能降低环氧树脂内应力，又能增加环氧树脂韧性、耐高温性等性能的有效途径。
文献“氨基硅油改性环氧树脂的制备与性能研究”采用将氨基硅油和环氧树脂按照一定比例在溶解丙酮中,搅拌,140℃下反应2.5h；反应结束后,减压蒸馏去除丙酮；然后将改性树脂与固化剂DDM按一定配比混合(按氨基氢与环氧基的摩尔当量之比为1∶1),搅拌均匀后,置于真空干燥箱中去除气泡,注模固化。然而当氨基硅油的添加量超过5％的情况下，其力学性能及高温性能均开始下降。
文献“环氧树脂的氨基硅油改性研究”将氨基硅油与环氧树脂按一定比例混合、搅拌,在一定温度下进行改性反应。出料,加化学计量比的聚酰胺(651)搅拌均匀后注模、固化。然而在实际操作过程中，由于氨基硅油与环氧树脂的不相容性，氨基硅油与环氧树脂形成的固化物经常出现发粘甚至分离的状态，成品率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种环氧树脂增韧剂及其制备方法和应用。本发明利用活性稀释剂对氨基硅油进行改性，获得环氧化树脂增韧剂，用作环氧树脂增韧剂时，不仅起到了增韧以及提高耐热性能的作用，所获得的固化物成品率100％，还可以同时作为体系稀释剂应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明一种环氧树脂增韧剂，其原料包括氨基硅油、苯甲醇、活性稀释剂；所述原料组成按重量比计为氨基硅油：苯甲醇：活性稀释剂为100：10～20：5～20；
所述环氧树脂增韧剂的制备方法，包括如下步骤：
按照摩尔比将氨基硅油与苯甲醇混合，滴加活性稀释剂，滴加时控制反应温度为60-70℃，滴加完毕后升温到90-100℃，继续反应4-6小时，降至室温，出料即得环氧增韧剂。
优选的，本发明一种环氧树脂增韧剂，所述原料组成按重量比计为氨基硅油：苯甲醇：活性稀释剂为100：15～20：10～18。
本发明一种环氧树脂增韧剂，所述氨基硅油为不同分子量和不同氨基值的双氨基聚二甲基硅氧烷中至少一种。
本发明一种环氧树脂增韧剂，所述氨基硅油的黏度范围为200～5000cp，所述氨基硅油的氨基值范围为0.2～0.8。作为进一步的优选，所述氨基硅油的黏度范围为200～1000cp；所述氨基硅油的氨基值范围为0.3～0.8。作为更进一步的优选，所述氨基硅油的黏度范围为245～610cp；所述氨基硅油的氨基值范围为0.4～0.8。所述氨基硅油的分子量与黏度成正比关系。
本发明一种环氧树脂增韧剂，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚，C12-14缩水甘油醚中的一种。作为进一步的优选，所述活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚和丁基缩水甘油醚中的一种。
本发明一种环氧树脂增韧剂的制备方法，包括如下步骤：
按照摩尔比将氨基硅油与苯甲醇混合，滴加活性稀释剂，滴加时控制反应温度为60-70℃，滴加完毕后升温到90-100℃，继续反应4-6小时，降至室温，出料即得环氧增韧剂，
所述氨基硅油与苯甲醇采用机械搅拌方式混合均匀，搅拌速度控制在60-80转/分钟。
本发明一种环氧树脂增韧剂的制备方法，所述滴加时间控制在0.5-1小时。
本发明一种环氧树脂增韧剂的应用，在以环氧树脂为原料制备环氧树脂固化物的过程中，作为增韧剂应用，所得固化物热变形温度为115-127℃，冲击强度为33-42kJ/m2。
本发明一种环氧树脂增韧剂的应用，在以环氧树脂为原料制备环氧树脂固化物的过程中，还作为环氧树脂体系稀释剂应用。
本发明一种环氧树脂增韧剂，在使用前需先按照本发明中环氧树脂的制备方法制得增韧剂，然而再与环氧树脂及固化剂反应形成固化物，这样做的好处是，增韧剂与环氧树脂具有很好的相溶性，具有良好的反应环镜，所得的固化物光滑，氨基硅油的增韧、耐热效果均能很好的发挥出来。
本发明的有益效果：
本发明的环氧树脂增韧剂的生产方法简单，合成率100％，无有毒气体和废液排放，对环境友好。
采用氨基硅油直接对环氧树脂进行改性，由于其分子结构中亲油链段少，会在环氧树脂固化后迁移至固化物表面，造成固化物表面发粘；本发明采用黏度低的活性稀释剂对氨基硅油进行改性所得的增韧剂，在应用于环氧树脂时，引人的碳-碳链改进了氨基硅油与环氧树脂的相溶性，具有体系稀释剂的功能，同时分子链中硅-氧结构的存在，使得体系在固化过程中出现环氧树脂-氨基硅油的类“海”-“岛”结构，因此增韧效果良好；同时由于增韧剂能够参与固化反应，将氨基硅油的耐热性能也能体现出来，增韧剂的引入不仅不会造成固化物热变形温度和高温性能下降的现象，反而还具有提高耐热性能的功效，并且由于具有良好的相溶性，所得固化物光滑，成品率也是100％。
本发明所制备的环氧树脂增韧剂采用的是活性稀释剂进行改性，因此所得增韧剂可同时作为体系稀释剂使用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1:
称取20g苯甲醇和100g氨基硅油(胺含量0.4g/100g)加入三口瓶中，所述氨基硅油的黏度为610cp，开启搅拌，转速控制在60转/分钟，逐渐滴加11.2g苯基缩水甘油醚，反应温度控制在65℃，滴加反应时间控制在1小时，滴加完毕后升温到90℃，继续反应4小时，降至室温，出料即得环氧增韧剂成品。
在100g环氧树脂中，根据表1的量加入本实施例制得的增韧剂、24克异佛尔酮二胺(IPDA)，搅拌均匀后于80℃固化6小时，所得固化物的性能如表1所示：
表1、固化物的性能
增韧剂(g) 固化物的热变形温度(℃) 冲击强度kJ/m<sup>2</sup>
0 113 25
5 115 36
15 117 39
实施例2:
称取15g苯甲醇和100g氨基硅油(胺含量0.6g/100g)加入三口瓶中，所述氨基硅油的黏度为455cp，开启搅拌，转速控制在80转/分钟，逐渐滴加10.5g丁基缩水甘油醚，反应温度控制在65℃，滴加反应时间控制在1小时，滴加完毕后升温到95℃，继续反应5小时，降至室温，出料即得环氧增韧剂成品。
在100g环氧树脂中，根据表2的量加入本实施例制得的增韧剂、22克异佛尔酮二胺IPDA，搅拌均匀后于80℃固化6小时，所得固化物的性能如表2所示：
表2、固化物的性能
增韧剂(g) 固化物的热变形温度(℃) 冲击强度kJ/m<sup>2</sup>
0 113 25
5 117 34
15 124 39
实施例3
称取15g苯甲醇和100g氨基硅油(胺含量0.8g/100g)加入三口瓶中，所述氨基硅油的黏度为246cp，开启搅拌，转速控制在80转/分钟，逐渐滴加17.8g1，4-丁二醇二缩水甘油醚，反应温度控制在65℃，滴加反应时间控制在1小时，滴加完毕后升温到98℃，继续反应6小时，降至室温，出料即得环氧增韧剂成品。
在100g环氧树脂中，根据表3的量加入本实施例制得的增韧剂、21克异佛尔酮二胺IPDA，搅拌均匀后于80℃固化6小时，所得固化物的性能如表3所示：
表3、固化物的性能
增韧剂(g) 固化物的热变形温度(℃) 冲击强度kJ/m<sup>2</sup>
0 113 25
5 116 33
15 127 42
对比例1：
在100g环氧树脂中，根据表4的量加入氨基硅油(胺含量0.8g/100g)、23克异佛尔酮二胺IPDA，所述氨基硅油的黏度为246cp，搅拌均匀后于80℃固化6小时，所得固化物的性能如表4所示：
表4、固化物的性能
Figure BDA0001346737120000051
对比例2
称取15g苯甲醇、100g氨基硅油(胺含量0.8g/100g)、17.8g1，4-丁二醇二缩水甘油醚混合，所述氨基硅油的黏度为246cp。
在100g环氧树脂中，加入15g上述混合物，异佛尔酮二胺IPDA22g克，搅拌均匀后于80℃固化6小时，所得固化物的性能如表5所示：
表5、固化物的性能
Figure BDA0001346737120000061

Claims (5)

1.一种环氧树脂增韧剂，其特征在于，其原料包括氨基硅油、苯甲醇、活性稀释剂；所述原料组成按重量比计为氨基硅油：苯甲醇：活性稀释剂为100：15～20：10～18；
所述环氧树脂增韧剂的制备方法，包括如下步骤：
按照摩尔比将氨基硅油与苯甲醇混合，滴加活性稀释剂，滴加时控制反应温度为60-70℃，滴加完毕后升温到90-100℃，继续反应4-6小时，降至室温，出料即得环氧增韧剂；所述氨基硅油与苯甲醇采用机械搅拌方式混合均匀，搅拌速度控制在60-80转/分钟；所述滴加时间控制在0.5-1；
所述氨基硅油为不同分子量和不同氨基值的双氨基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；所述氨基硅油的黏度范围为200～1000cp；所述氨基硅油的氨基值范围为0.3～0.8；
所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚，C12-14缩水甘油醚中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂增韧剂，其特征在于，所述氨基硅油的黏度范围为245～610cp；所述氨基硅油的氨基值范围为0.4～0.8。
3.根据权利要求1所述的一种环氧树脂增韧剂，其特征在于，所述活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚和丁基缩水甘油醚中的一种。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种环氧树脂增韧剂的应用，其特征在于，在以环氧树脂为原料制备环氧树脂固化物的过程中，作为增韧剂应用，所得固化物热变形温度为115-127℃，冲击强度为33-42kJ/m2。
5.根据权利要求4所述的一种环氧树脂增韧剂的应用，其特征在于，在以环氧树脂为原料制备环氧树脂固化物的过程中，还作为环氧树脂体系稀释剂应用。
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