CN110330625A - 一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物及其制备方法 - Google Patents

一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种端羟基液体橡胶‑聚氨酯改性环氧树脂聚合物及其制备方法，包括以下步骤，A、以质量份数计，包括5‑9份的液体橡胶、42‑52份的二羟基聚醚及1‑3份的催化剂反应制得带有NCO端基预聚体。B、以质量份数计，包括15‑30份步骤A所制备的带有NCO端基预聚体，70‑85份双酚A型环氧树脂及1‑3份的催化剂反应制得端羟基液体橡胶‑聚氨酯改性环氧树脂聚合物。该改性聚合物在力学性能、耐热、耐蚀、耐磨性能方面均优于纯环氧树脂，其与环氧树脂相比，抗拉强度提高76%，抗剪强度提高56.3%，耐磨性提高90%，耐温性提高30℃。

Description

一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物及其制备 方法
技术领域
本发明涉及化学合成材料技术领域，具体的说是一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物及其制备方法。
背景技术
在工业中，由于设备、备件使用工况条件不同，对耐蚀、耐磨材料的要求也不同，而高分子合成树脂是决定耐蚀、耐磨材料性能的关键组成部分，不同性能的树脂将制造出使用范围不同的耐蚀、耐磨材料。传统防腐耐磨材料所用树脂性能单一，加之大多数防腐耐磨树脂含有大量的有机溶剂，已经不能满足现代工业复杂的工况条件和环保要求。
环氧树脂具有粘结强度高、固化收缩率底等优点，但环氧树脂也存在着一定的局限性，如柔韧性差，耐温性低等。环氧树脂所存在的局限性虽然可通过物理或化学方法进行改性，但改性后的综合性能任然不能满足较为苛刻的使用环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物及其制备方法，所制备的高分子改性环氧树脂聚合物在力学性能、耐热、耐腐蚀及耐磨等方面均优于纯环氧树脂。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物，所述改性环氧树脂聚合物由以下质量份的物料通过Michael加成反应制备而成：带有NCO端基预聚体15-30份，双酚A型环氧树脂70-85份，所述改性环氧树脂的环氧值为0.38-0.46mol/100克，相对分子5000～5500。
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，所述改性环氧树脂为上述改性环氧树脂聚合物，它包括以下步骤：
步骤一、制备带有NCO端基预聚体：以质量份数计，称取5-9份的液体橡胶、42-52份的二羟基聚醚及1-3份的催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，搅拌，溶液升温至50-55℃时,开始滴加40-52份的多异氰酸酯，滴加时间30min,升温至75-80℃反应5h,制得带有NCO端基预聚体；
步骤二、Michael加成反应制备改性环氧树脂：以质量份数计，称取15-30份步骤一所制备的带有NCO端基预聚体，70-85份双酚A型环氧树脂及1-3份的催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，开启搅拌，升温至50-55℃反应1h,继续升温至75-80℃反应3h,降温至45-55℃保温反应1h，制得改性环氧树脂。
优选的，所述步骤一中液体橡胶的相对分子质量为2800～4500，羟值0.5～0.65mmol/g，羧基值4.0～5.5mol/g；液体橡胶为端羟基聚丁二烯或端羧基聚丁二烯。
优选的，所述步骤一中二羟基聚醚相对分子质量为1000～1500，羟值56～60mgKoH/g；二羟基聚醚的型号为N-210或N-220或N-240。
优选的，所述步骤一中聚异氰酸酯选用脂肪族异氰酸酯类中的甲苯二异氰酸酯（TDI）或六亚甲基二异氰酸酯（HDI）或异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）。
优选的，所述步骤二中双酚A型环氧树脂的环氧值为0.41-0.54mol/100克，双酚A型环氧树脂的型号为E-44或E-51。
优选的，所述步骤一中催化剂为化学纯二丁基二月桂酸锡，其分子量为631.65，锡含量18.2± 0.2%。
优选的，所述步骤二中催化剂为化学纯三乙醇胺，其分子量为149.19，含量99.9%。
带有NCO端基的预聚体有时被称为改性多异氰酸酯,具有较高的反应特性,易受水分等的影响,贮存期较短。
本发明所制备的改性环氧树脂利用带有NCO端基预聚体中端异氰酸酯基（—NCO）活性很高的特点，使其与双酚A环氧树脂分子链中的羟基（—OH）进行Michael加成反应，从而使带有NCO端基预聚体以化学键合的形式接枝到环氧树脂主体结构中，得到带有NCO端基预聚体改性环氧树脂聚合物，其主要化学反应方程式为：
本发明所制备的端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物由于分子间形成交织网状永久缠绕的结构，使得分子间互相贯穿、机械缠结，两项之间能够良好分散，相界面大，相间有很好的“协同效应”，而且起着“强迫互溶”的作用，所制备的聚合物的力学性能可以超过其任意一个组分。其在力学性能、耐热、耐蚀、耐磨性能方面均优于纯环氧树脂。制备的端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物与环氧树脂相比，抗拉强度提高76%，抗剪强度提高56.3%，耐磨性提高90%，耐温性提高30℃。
本发明所制备的端羟基液体橡胶/聚氨酯改性环氧树聚合物的主要性能指标如如表一所示：
表一
注：浸泡失重量为每100g试样浸泡60天后，浸泡前与浸泡后的差值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的表述。
实施例1
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物，所述改性环氧树脂聚合物由以下质量份的物料通过Michael加成反应制备而成：带有NCO端基预聚体30份，双酚A型环氧树脂70份，所述改性环氧树脂的环氧值为0.38mol/100克，相对分子5000。
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，所述改性环氧树脂为上述的改性环氧树脂聚合物，它包括以下步骤：
步骤一、制备带有NCO端基预聚体：以质量分数计，称取35份液体橡胶、235份二羟基聚醚及5份催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，搅拌，溶液升温至50-55℃时,开始滴加200份多异氰酸酯，滴加时间30min,升温至75-80℃反应5h,制得带有NCO端基预聚体；
步骤二、Michael加成反应制备改性环氧树脂：以质量分数计，称取112份步骤一所制备的带有NCO端基预聚体，288份双酚A型环氧树脂及3份催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，开启搅拌，升温至50-55℃反应1h,继续升温至75-80℃反应3h,降温至45-55℃保温反应1h，制得改性环氧树脂。
步骤一中液体橡胶为端羟基聚丁二烯,型号为N-210，聚异氰酸酯选用甲苯二异氰酸酯（TDI）；
步骤二中双酚A型环氧树脂的型号为E-44，催化剂选用化学纯三乙醇胺。
实施例2
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物，所述改性环氧树脂聚合物由以下质量份的物料通过Michael加成反应制备而成：带有NCO端基预聚体15份双酚A型环氧树脂85份，所述改性环氧树脂的环氧值为0.46mol/100克，相对分子5500。
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，所述改性环氧树脂为上述的改性环氧树脂聚合物，它包括以下步骤：
步骤一、制备带有NCO端基预聚体：以质量分数计，称取60份液体橡胶、350份二羟基聚醚及10份催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，搅拌，溶液升温至50-55℃时,开始滴加320份多异氰酸酯，滴加时间30min,升温至75-80℃反应5h,制得带有NCO端基预聚体；
步骤二、Michael加成反应制备改性环氧树脂：以质量分数计，称取100份步骤一所制备的带有NCO端基预聚体，262份双酚A型环氧树脂及3份催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，开启搅拌，升温至50-55℃反应1h,继续升温至75-80℃反应3h,降温至45-55℃保温反应1h，制得改性环氧树脂。
步骤一中液体橡胶为端羟基聚丁二烯,型号为N-210，聚异氰酸酯选用甲苯二异氰酸酯（TDI）；
步骤二中双酚A型环氧树脂的型号为E-44，催化剂选用化学纯三乙醇胺。
实施例3
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物，所述改性环氧树脂聚合物由以下质量份的物料通过Michael加成反应制备而成：带有NCO端基预聚体25份双酚A型环氧树脂75份，所述改性环氧树脂的环氧值为0.38mol/100克，相对分子5000。
一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，所述改性环氧树脂为上述的改性环氧树脂聚合物，它包括以下步骤：
步骤一、制备带有NCO端基预聚体：以质量分数计，称取52份液体橡胶、210份二羟基聚醚及4份催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，搅拌，溶液升温至50-55℃时,开始滴加182份多异氰酸酯，滴加时间30min,升温至75-80℃反应5h,制得带有NCO端基预聚体；
步骤二、Michael加成反应制备改性环氧树脂：以质量分数计，称取96份步骤一所制备的带有NCO端基预聚体，230份双酚A型环氧树脂及3份催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，开启搅拌，升温至50-55℃反应1h,继续升温至75-80℃反应3h,降温至45-55℃保温反应1h，制得改性环氧树脂。
步骤一中液体橡胶为端羟基聚丁二烯,型号为N-210，聚异氰酸酯选用甲苯二异氰酸酯（TDI）；
步骤二中双酚A型环氧树脂的型号为E-44，催化剂选用化学纯三乙醇胺。

Claims (8)

1.一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物，其特征在于：所述改性环氧树脂聚合物由以下质量份的物料通过Michael加成反应制备而成：带有NCO端基预聚体15-30份，双酚A型环氧树脂70-85份，所述端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的环氧值为0.38-0.46mol/100克，相对分子5000～5500。
2.一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，本聚合物为权利要求1所述的端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、制备带有NCO端基预聚体：以质量份数计，称取5-9份的液体橡胶、42-52份的二羟基聚醚及1-3份的催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，搅拌，溶液升温至50-55℃时,开始滴加40-52份的多异氰酸酯，滴加时间30min,升温至75-80℃反应5h,制得带有NCO端基预聚体；
步骤二、Michael加成反应制备改性环氧树脂：以质量份数计，称取15-30份步骤一所制备的带有NCO端基预聚体，70-85份双酚A型环氧树脂及1-3份的催化剂加入至带有搅拌、加热和冷凝装置的三口瓶中，开启搅拌，升温至50-55℃反应1h,继续升温至75-80℃反应3h,降温至45-55℃保温反应1h，制得端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤一中液体橡胶的相对分子质量为2800～4500，羟值0.5～0.65mmol/g，羧基值4.0～5.5mol/g；液体橡胶为端羟基聚丁二烯或端羧基聚丁二烯。
4.根据权利要求2所述的一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤一中二羟基聚醚相对分子质量为1000～1500，羟值56～60mgKoH/g；二羟基聚醚的型号为N-210或N-220或N-240。
5.根据权利要求2所述的一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤一中聚异氰酸酯选用脂肪族异氰酸酯类中的甲苯二异氰酸酯（TDI）或六亚甲基二异氰酸酯（HDI）或异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）。
6.根据权利要求2所述的一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤二中双酚A型环氧树脂的环氧值为0.41-0.54mol/100克，双酚A型环氧树脂的型号为E-44或E-51。
7.根据权利要求2所述的一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤一中催化剂为化学纯二丁基二月桂酸锡，其分子量为631.65，锡含量18.2± 0.2%。
8.根据权利要求2所述的一种端羟基液体橡胶-聚氨酯改性环氧树脂聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤二中催化剂为化学纯三乙醇胺，其分子量为149.19，含量99.9%。
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