CN109336478A - 一种基于环氧树脂的耐热复合建材 - Google Patents

一种基于环氧树脂的耐热复合建材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于环氧树脂的耐热复合建材，包括水泥60‑75份、环氧树脂胶黏剂30‑40份，所述的环氧树脂胶黏剂包括以下重量百分数的组份：以下重量百分数的组份：耐热环氧树脂80‑88％、固化剂5‑8％、反应性稀释剂6‑12％；通过萘四甲酰氨基酸与线性环氧树脂开环后酯化聚合，在结构上引入耐热性较好的刚性基团：萘环和酰胺环,从而提高了环氧树脂的骨架刚度，得到的耐热环氧树脂分子旋转运动受到限制，提高了环氧树脂的玻璃化转变温度、热分解温度等耐热性能；耐热环氧树脂用于混凝土建筑材料后，大大增加了建材的耐热耐高温性能和抗老化性能，延长了建材的使用寿命。

Description

一种基于环氧树脂的耐热复合建材
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于环氧树脂的耐热复合建材。
背景技术
环氧树脂(EP)由于粘附力强、耐酸碱、稳定性高和良好的加工性等特点,被广泛应用于机械、涂料、电子元器件等领域。但环氧树脂固化后由于断裂韧性和耐冲击性差,尤其是作为结构材料时使用上限温度较低,很大程度上限制了其应用和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于环氧树脂的耐热复合建材，通过萘四甲酰氨基酸与线性环氧树脂开环后酯化聚合，在结构上引入耐热性较好的刚性基团：萘环和酰胺环,从而提高了环氧树脂的骨架刚度，得到的耐热环氧树脂分子旋转运动受到限制，提高了环氧树脂的玻璃化转变温度、热分解温度等耐热性能；制备的耐热环氧树脂用于混凝土建筑材料后，大大增加了建材的耐热耐高温性能和抗老化性能，延长了建材的使用寿命。
本发明需要解决的技术问题为：
(1)现有的环氧树脂作为结构材料时使用上限温度较低，耐热性能较差；
(2)现有的环氧树脂固化后断裂韧性和耐冲击性差。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于环氧树脂的耐热复合建材，包括水泥60-75份、环氧树脂胶黏剂30-40份，所述的环氧树脂胶黏剂包括以下重量百分数的组份：以下重量百分数的组份：耐热环氧树脂80-88％、固化剂5-8％、反应性稀释剂6-12％；
所述的耐热环氧树脂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、萘四甲酰氨基酸的合成
将氨基酸1与1,4,5,8-萘四甲酸酐2加入到反应瓶中，油浴加热至130℃，升温速率为5℃/min，加热缩合反应1h，反应结束后，纯化，即得到式3结构的萘四甲酰氨基酸；
反应式如下：
S2、耐热环氧树脂的制备
反应式如下：
将萘四甲酰氨基酸3、助溶剂加入反应瓶中，加热升温至100℃，加入催化剂，紧接着加线性环氧树脂4，保持温度不变，在1h内滴加完，升温至130℃，继续反应3h,得到了耐热环氧树脂5；
其中所述的线性环氧树脂4中的n为8-12。
萘四甲酰氨基酸与线性环氧树脂开环后酯化聚合，在结构上引入耐热性较好的刚性基团：萘环和酰胺环,从而提高了环氧树脂的骨架刚度，得到的耐热环氧树脂分子旋转运动受到限制，提高了环氧树脂的玻璃化转变温度、热分解温度等耐热性能；
线性环氧树脂开环后，其中的环氧醚键打开形成羟基，因此耐热环氧树脂中的有效的具有粘接性能的基团并没有减少，开环后酯化缩聚得到的耐热环氧树脂依旧具有良好的粘接性能；
氨基酸与1,4,5,8-萘四甲酸酐反应得到的萘四甲酰氨基酸，引入了多个官能团，萘四甲酰氨基酸与线性环氧树脂反应后得到的耐热环氧树脂，增加了环氧树脂的官能度，从而可以提高固化物的交联密度，提高固化物的分解温度，得到的固化物具有良好的热稳定性和力学性能；
线性环氧树脂经与萘四甲酰氨基酸扩链改性后，引入了环酰氨基酸柔性链,因此提高了环氧树脂的韧性；
环氧树脂中引入的羧基可以增加与水泥基材的浸润性，从而提高了耐热环氧树脂固化后的附着力和抗老化性能。
进一步，步骤S1所述的氨基酸1中的x为1或者2，当x为1时，氨基酸1为天冬氨酸，当x为2时，氨基酸1为谷氨酸。
进一步，步骤S1所述的氨基酸1与1,4,5,8-萘四甲酸酐2的摩尔比为1:2.2-2.5。
进一步，步骤S1所述的纯化步骤为：反应结束后，趁热将反应物倒入到热水中，自然冷却结晶，结晶物用30％的乙醇水溶液重结晶。
进一步，步骤S2所述的所述的线性环氧树脂4与萘四甲酰氨基酸3的摩尔比为1:2.1-2.3。
进一步，步骤S2所述的步骤S3所述的助溶剂为乙醇。
所述的催化剂为四丁基硫酸氢铵，所述的催化剂的用量为线性环氧树脂摩尔量的1％；在四丁基硫酸氢铵的催化下，2,5-二(十四酸酯基)对苯二甲酸与线性环氧树脂进行开环酯化反应，催化效率高，将一般的开环酯化反应时间由5-8h缩短至3h，且收率高达96.5％。
进一步，所述的固化剂为二乙烯三胺，二乙烯三胺的硬化时间短、黏着力强，在施工现场大概半小时以内应实现硬化，开放交通，施工方便，且不会妨碍正常交通。
进一步，所述的反应性稀释剂为烯丙基缩水甘油醚，烯丙基缩水甘油醚内带有环氧基团，可与加快耐热环氧树脂硬化速度，提高结合密度，还能起到增韧的效果。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过萘四甲酰氨基酸与线性环氧树脂开环后酯化聚合，在结构上引入耐热性较好的刚性基团：萘环和酰胺环,从而提高了环氧树脂的骨架刚度，得到的耐热环氧树脂分子旋转运动受到限制，提高了环氧树脂的玻璃化转变温度、热分解温度等耐热性能；
氨基酸与1,4,5,8-萘四甲酸酐反应得到的萘四甲酰氨基酸，引入了多个官能团，萘四甲酰氨基酸与线性环氧树脂反应后得到的耐热环氧树脂，增加了环氧树脂的官能度，从而可以提高固化物的交联密度，提高固化物的分解温度，得到的固化物具有良好的热稳定性和力学性能；
(2)线性环氧树脂经与萘四甲酰氨基酸扩链改性后，引入了环酰氨基酸柔性链,因此提高了环氧树脂的韧性；环氧树脂中引入的羧基可以增加与水泥基材的浸润性，从而提高了耐热环氧树脂固化后的附着力和抗老化性能；解决了环氧树脂固化后断裂韧性和耐冲击性差的问题；且线性环氧树脂开环后，其中的环氧醚键打开形成羟基，因此耐热环氧树脂中的有效的具有粘接性能的基团并没有减少，开环后酯化缩聚得到的耐热环氧树脂依旧具有良好的粘接性能；
(3)即得到的耐热环氧树脂综合性能强，尤其是耐热性能大大提高，用于混凝土建筑材料后，大大增加了建材的耐热耐高温性能和抗老化性能，延长了建材的使用寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于环氧树脂的耐热复合建材，包括水泥60份、环氧树脂胶黏剂40份，所述的环氧树脂胶黏剂包括以下重量百分数的组份：以下重量百分数的组份：耐热环氧树脂80％、固化剂8％、反应性稀释剂12％；
所述的固化剂为二乙烯三胺；
所述的反应性稀释剂为烯丙基缩水甘油醚；
所述的耐热环氧树脂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、萘四甲酰氨基酸的合成
将100mol氨基酸1与220mol 1,4,5,8-萘四甲酸酐2加入到反应瓶中，油浴加热至130℃，升温速率为5℃/min，加热缩合反应1h，反应结束后，趁热将反应物倒入到热水中，自然冷却结晶，结晶物用30％的乙醇水溶液重结晶，即得到式3结构的萘四甲酰氨基酸；收率为97.7％
步骤S1所述的氨基酸1中的x为1，氨基酸1为天冬氨酸；
反应式如下：
S2、耐热环氧树脂的制备
将50mol萘四甲酰氨基酸3、1L助溶剂乙醇加入反应瓶中，加热升温至100℃，加入0.05mol催化剂四丁基硫酸氢铵，紧接着加105mol线性环氧树脂4，保持温度不变，在1h内滴加完，升温至130℃，继续反应3h,得到了耐热环氧树脂5；收率为96.5％；
反应式如下：
其中所述的线性环氧树脂,4中的n为8-12；
用热重分析、差示扫描热分析仪、静态热机械分析仪和按GB/T16420—1996采用ZBC-4B型摆锤冲击试验分别测定固化物试样的耐热性能、玻璃化温度(Tg)、热膨胀系数和冲击强度，测得未改性的环氧树脂固化物的各参数分别为：
测得热失重为50％对应为温度为435.1℃，Tg为148.5℃，热膨胀系数为5.65×10- 5K-1，冲击强度为17.2kj/m2；
制备的耐热环氧树脂固化物的各参数为：测得热失重为50％对应为温度为462.6℃，Tg为226.1℃，热膨胀系数为4.15×10-5K-1，冲击强度为35.1kj/m2。
实施例2
一种基于环氧树脂的耐热复合建材，包括水泥70份、环氧树脂胶黏剂30份，所述的环氧树脂胶黏剂包括以下重量百分数的组份：以下重量百分数的组份：耐热环氧树脂85％、固化剂5％、反应性稀释剂10％；
所述的固化剂为二乙烯三胺；
所述的反应性稀释剂为烯丙基缩水甘油醚；
所述的耐热环氧树脂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、萘四甲酰氨基酸的合成
将100mol氨基酸1与250mol 1,4,5,8-萘四甲酸酐2加入到反应瓶中，油浴加热至130℃，升温速率为5℃/min，加热缩合反应1h，反应结束后，趁热将反应物倒入到热水中，自然冷却结晶，结晶物用30％的乙醇水溶液重结晶，即得到式3结构的萘四甲酰氨基酸；收率为98.3％
步骤S1所述的氨基酸1中的x为2，氨基酸1为谷氨酸；
反应式如下：
S2、耐热环氧树脂的制备
将50mol萘四甲酰氨基酸3、1L助溶剂乙醇加入反应瓶中，加热升温至100℃，加入0.05mol催化剂四丁基硫酸氢铵，紧接着加115mol线性环氧树脂4，保持温度不变，在1h内滴加完，升温至130℃，继续反应3h,得到了耐热环氧树脂5；收率为96.8％；
反应式如下：
其中所述的线性环氧树脂,4中的n为8-12；
用热重分析、差示扫描热分析仪、静态热机械分析仪和按GB/T16420—1996采用ZBC-4B型摆锤冲击试验分别测定固化物试样的耐热性能、玻璃化温度(Tg)、热膨胀系数和冲击强度，
制备的耐热环氧树脂固化物的各参数为：测得热失重为50％对应为温度为461.6℃，Tg为223.1℃，热膨胀系数为4.23×10-5K-1，冲击强度为36.2kj/m2。
实施例3
一种基于环氧树脂的耐热复合建材，包括水泥66份、环氧树脂胶黏剂34份，所述的环氧树脂胶黏剂包括以下重量百分数的组份：以下重量百分数的组份：耐热环氧树脂88％、固化剂6％、反应性稀释剂6％；
所述的固化剂为二乙烯三胺；
所述的反应性稀释剂为烯丙基缩水甘油醚；
所述的耐热环氧树脂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、萘四甲酰氨基酸的合成
将100mol氨基酸1与230mol 1,4,5,8-萘四甲酸酐2加入到反应瓶中，油浴加热至130℃，升温速率为5℃/min，加热缩合反应1h，反应结束后，趁热将反应物倒入到热水中，自然冷却结晶，结晶物用30％的乙醇水溶液重结晶，即得到式3结构的萘四甲酰氨基酸；收率为98.1％
步骤S1所述的氨基酸1中的x为1，氨基酸1为天冬氨酸；
反应式如下：
S2、耐热环氧树脂的制备
将50mol萘四甲酰氨基酸3、1L助溶剂乙醇加入反应瓶中，加热升温至100℃，加入0.05mol催化剂四丁基硫酸氢铵，紧接着加110mol线性环氧树脂4，保持温度不变，在1h内滴加完，升温至130℃，继续反应3h,得到了耐热环氧树脂5；收率为96.6％；
反应式如下：
其中所述的线性环氧树脂,4中的n为8-12；
用热重分析、差示扫描热分析仪、静态热机械分析仪和按GB/T16420—1996采用ZBC-4B型摆锤冲击试验分别测定固化物试样的耐热性能、玻璃化温度(Tg)、热膨胀系数和冲击强度，测得未改性的环氧树脂固化物的各参数分别为：
制备的耐热环氧树脂固化物的各参数为：测得热失重为50％对应为温度为465.6℃，Tg为230.2℃，热膨胀系数为4.03×10-5K-1，冲击强度为38.8kj/m2。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：包括水泥60-75份、环氧树脂胶黏剂30-40份，所述的环氧树脂胶黏剂包括以下重量百分数的组份：以下重量百分数的组份：耐热环氧树脂80-88％、固化剂5-8％、反应性稀释剂6-12％；
所述的耐热环氧树脂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、萘四甲酰氨基酸的合成
将氨基酸1与1,4,5,8-萘四甲酸酐2加入到反应瓶中，油浴加热至130℃，升温速率为5℃/min，加热缩合反应1h，反应结束后，纯化，即得到式3结构的萘四甲酰氨基酸；
反应式如下：
S2、耐热环氧树脂的制备
反应式如下：
将萘四甲酰氨基酸3、助溶剂加入反应瓶中，加热升温至100℃，加入催化剂，紧接着加线性环氧树脂4，保持温度不变，在1h内滴加完，升温至130℃，继续反应3h,得到了耐热环氧树脂5；
其中所述的线性环氧树脂4中的n为8-12。
2.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：步骤S1所述的氨基酸1中的x为1或者2，当x为1时，氨基酸1为天冬氨酸，当x为2时，氨基酸1为谷氨酸。
3.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：步骤S1所述的氨基酸1与1,4,5,8-萘四甲酸酐2的摩尔比为1:2.2-2.5。
4.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：步骤S1所述的纯化步骤为：反应结束后，趁热将反应物倒入到热水中，自然冷却结晶，结晶物用30％的乙醇水溶液重结晶。
5.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：步骤S2所述的所述的线性环氧树脂4与萘四甲酰氨基酸3的摩尔比为1:2.1-2.3。
6.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：步骤S2所述的步骤S3所述的助溶剂为乙醇。
7.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：步骤S2所述的所述的催化剂为四丁基硫酸氢铵，所述的催化剂的用量为线性环氧树脂摩尔量的1％。
8.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：所述的固化剂为二乙烯三胺。
9.根据权利要求1所述的一种基于环氧树脂的耐热复合建材，其特征在于：所述的反应性稀释剂为烯丙基缩水甘油醚。
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