CN111087576A - 一种可降解微胶囊固化剂的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降解微胶囊固化剂的制备及应用,可降解微胶囊固化剂由壁材和芯材组成,所述芯材由可降解固化剂组成,所述壁材由可降解聚合物或不可降解聚合物组成,本发明提供了一种可降解微胶囊环氧树脂固化剂,以及由该固化剂与环氧树脂合成的聚合物、增强复合材料及所述聚合物和增强复合材料的降解方法。本发明所制备的可降解增强复合材料具有良好的储存稳定性,室温贮存期在一个月以上,而在较高温度时能快速固化,在特定条件下,复合材料发生降解,增强材料和环氧树脂基体降解产物都可以分离和回收;此外,增强复合材料的降解回收方法,可以在相对温和反应条件、经济、易于控制下进行。
Description
技术领域
本发明涉及固化剂制备技术领域,特别涉及一种可降解微胶囊固化剂的制备及应用。
背景技术
环氧树脂是一种重要的热固型化合物,其作为粘合剂和涂料具有大规模的全球市场,广泛应用于粘合剂、结构材料、涂漆、陶瓷制造、印刷电路板、微电子包装、航空航天,风能和体育用品等领域。
最普遍的环氧树脂配方含有双环氧化合物(树脂)和聚胺化合物(固化剂),本质上可以形成具有无限分子量的交联网状结构聚合物。“树脂”和“固化剂”的组合配方在复合材料上的广泛应用是由于其固化前优异的加工性能和固化后优异的附着力、机械强度、热分散性、电学性能、耐化学性等。此外,固化后环氧树脂的高密度、三维交联网状结构使其成为极其耐用坚硬的材料,可以承受大范围的环境条件的影响。然而,固化后环氧树脂的交联网状结构使其去除、回收和再利用特别困难。本质上,通常使用聚胺化合物与环氧树脂复配发生的交联反应是不可逆的,因此,这种物质不能重新熔解、不能无损的重新成型、也不能轻易的溶解。
潜伏性固化剂,是指加入到环氧树脂中与其组成的单组分体系在室温下具有一定的贮存稳定性,而在加热、光照、湿气、加压等条件下能迅速进行固化反应的固化剂。潜伏性固化剂与环氧树脂混合配制而成的单组分环氧树脂体系具有简化生产操作工艺、无环境污染、适应大规模工业化生产等优点。环氧树脂潜伏性固化剂的研究主要通过物理或者化学方法,对普通使用低温和高温固化剂的固化活性加以改进,最终达到使固化剂在室温下加入到环氧树脂中时具有一定的贮存稳定性,而在加热、光照、湿气、加压等条件下固化剂能使环氧树脂迅速固化的目的。
环氧树脂预浸料是由环氧树脂、固化体系与增强纤维组成的复合体系,树脂体系呈未固化状态,是制备复合材料的中间基材。由其制备的碳纤维复合材料具有比强度、比模量高以及性能的可设计和成形工艺多样性等特点,广泛用于结构材料、航空航天以及民用娱乐生活。然而如何处理和回收纤维复合材料废弃物是阻碍其蓬勃发展的世界性难题,从而制约了纤维复合材料的可持续发展。
目前,国内外纤维增强复合材料回收方法的研究主要是针对非可降解型热固性树脂基复合材料垃圾废物,有机械法、热处理法和化学法。机械法就是通过切割、研磨手段,将复合材料垃圾废物破碎成不同颗粒大小的回收料,用作低价值的填充料。热处理法包括焚化、热裂解、流化床和水泥窑等方法,这类方法的共同之处在于:将复合材料垃圾废物中的有机质组份(30-40%)在500-950℃高温条件下气化,同时回收能源。其中,水泥窑法还可将无机质组份(60-70%)转化成水泥制造需要的原料;热裂解和流化床法可以分离回收纤维材料,回收的玻璃纤维用于制造玻璃,回收的碳纤维表面常常残留有焦炭,且力学性能下降,仅有原碳纤维丝的70-80%,极大地影响其再利用价值。化学法包括溶剂解法、酸消化法、碱水解法、催化解聚法和氧化降解法等,这类方法的特点是:使用高温高压的溶剂(超临界、亚临界或近临界水、甲醇、乙醇、丙醇等)、高浓度强氧化性酸(8-12N的浓硝酸)、强碱、强腐蚀性试剂(苯酚)或强氧化剂等,通过化学反应,将高度交联的有机高分子组份降解,实现纤维增强材料的分离回收。其中,目前溶剂解法还在实验室试验阶段,需要高温高压条件,设备要求极高,难以实现产业化规模的操作。
可降解固化剂是一类与环氧树脂反应形成的立体网状固化物,可以在常压、温和、但特定的条件下被降解为分子量较小的线性聚合物,并溶解在特殊的有机溶剂中,实现环氧树脂基质与纤维增强材料的分离,进而达到回收和再利用的目的,对于复合材料的回收再利用具有巨大的经济和环境优势。
可降解固化剂没有潜伏性,其和环氧树脂常温配制后随化学反应的进行体系黏度不断增大,适用期有限,不适用于自动粘接新工艺,还易造成报废。极大的限制了产品在复合材料领域的应用前景。
可降解微胶囊固化剂是将可降解固化剂用微胶囊技术包覆起来,以阻止其与基体树脂(通常为环氧树脂)的直接接触,提高树脂的贮存适用期。在一定条件(升高温度或增加压力等)下,微胶囊软化或破裂,释放出固化剂,完成固化反应。由可降解微胶囊固化剂制备的单组分胶黏剂、预浸料、漆、涂料、密封剂及灌封料等,使用方便、稳定性高、易于实现自动化,非常符合现代工业规模化生产工艺。目前,可降解微胶囊固化剂在国内外专利和相关文献中未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对上述现有技术中存在的缺陷和不足,本发明提供一种可降解微胶囊固化剂。
为解决上述技术问题,本发明提供以下的技术方案:
一种可降解微胶囊固化剂,所述的可降解微胶囊固化剂由壁材和芯材组成,所述芯材由可降解固化剂组成,所述壁材由可降解聚合物或不可降解聚合物组成,所述可降解聚合物由异氰酸酯和扩链剂以及可降解固化剂反应得到,所述不可降解聚合物由异氰酸酯和扩链剂反应得到。
优选地,所述可降解固化剂由结构通式1~5中的任一种化合物组成:
结构通式1:
其中:
每个化合物中的每个R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
每个化合物中的每个R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
每个化合物中的每个A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每个化合物中的每个B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式2:
其中,
n大于0;
R1、R2、R3、R4、R5和R6为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同,也可以不同;
R5和R6可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R1和A可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R4和B可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式3:
其中,
m大于0,n大于0,m和n可以相同,也可以不同;
R1、R2、R3和R4为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3和R4可以相同,也可以不同;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式4:
其中,
m为2,1或0;n为2,3或4;m和n的和为4;
R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R2为–NHR3、–SH或杂环烷基,其中R3是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
结构通式5:
其中,
n大于1;
A是亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每一个B是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种。
一种上述可降解微胶囊固化剂的制备方法,包括以下具体步骤:
步骤1.将异氰酸酯溶解于溶剂A中,搅拌均匀得到溶液A;
步骤2.将扩链剂溶解于溶剂B中,搅拌均匀得到溶液B;
步骤3.将所述溶液B缓慢加入到溶液A中,搅拌使得反应液稳定得到反应液AB;
步骤4.将芯材溶解于溶剂C中,搅拌均匀得到溶液C;
步骤5.将溶液C缓慢加入到反应液AB中,升温搅拌;
步骤6.反应一定时间后,加入一定量去离子水洗涤、烘干,得到可降解微胶囊固化剂。
优选地,所述异氰酸酯包括间苯二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯环己烷、六氢甲苯二异氰酸酯和其同分异构体、1,5-萘二异氰酸酯、1-甲氧基苯基-2,4-二异氰酸酯、2,2'-二苯甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-联苯撑基二异氰酸酯、3,3'-二甲氧基-4,4'-联苯撑基二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯、4,4',4”-三苯甲烷三异氰酸酯、2,4,6-三异氰酸酯甲苯、4,4'-二甲基二苯甲烷-2,2'-5,5'-四异氰酸酯,多亚甲基多苯撑多异氰酸酯或者它们的同分异构体中的一种或多种;
所述溶剂A为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种;
所述扩链剂为多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、多胺、聚硫醇和多元酚中的一种或几种;
所述溶剂B为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种,溶剂B和溶剂A相同或不同;
所述溶剂C为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种,溶剂C和溶剂A相同或不同,溶剂C和溶剂B相同或不同;
所述步骤1~4中工艺温度为10-50℃;
按重量份计,所述异氰酸酯为10~50份,所述可降解固化剂为10~200份,所述乳化剂为2~20份,所述扩链剂为2~20份,所述溶剂A为200~2000份,所述溶剂B为200~2000份,所述溶剂C为200~2000份;
所述步骤5中工艺温度为25-100℃;
所述步骤6中反应时间为0.5-20h,优选的时间为1-6h,加入去离子水量为200-2000份。
一种可降解交联聚合物,由上述的可降解微胶囊固化剂与环氧树脂聚合生成,所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油氨型环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环氧树脂中的至少一种。
优选地,所述可降解交联聚合物含有可断裂交联结构通式1~5中任一种所述的可断裂交联结构:
可断裂交联结构通式1:
其中:
每个化合物中的每个R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
每个化合物中的每个R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
每个化合物中的每个A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每个化合物中的每个B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式2:
其中,n大于0;
R1、R2、R3和R4为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3和R4可以相同,也可以不同;
R3和R4可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R1和A可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R2和B可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式3:
其中,
m大于0,n大于0,m和n可以相同,也可以不同;
R1和R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式4:
其中,
m为2,1或0;n为2,3或4;m和n的和为4;
R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R2为–NHR3、–SH或杂环烷基,其中R3是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
可断裂交联结构通式5:
其中,
n大于1;
A是亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每一个B是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种。
优选地,可降解交联聚合物通过如下具体步骤进行降解:
(1)在加热和搅拌的条件下,将可降解交联聚合物浸泡在酸和溶剂的混合体系中进行降解,得到降解溶液,所述加热温度为15~400℃,加热时间1~120小时,酸在溶剂中的质量浓度为0.1~100%;
(2)中和:使用碱溶液在一定温度下调节降解溶液的pH值,温度为0~200℃,终点pH值大于6,所述的碱溶液的质量浓度为0.1~100%。
优选地,所述酸为盐酸、氢溴酸、氢氟酸、醋酸、三氟乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、高氯酸、苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸中的至少一种;所述的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、苄醇、苯乙醇、对二羟甲基苯,间二羟甲基苯、邻二羟甲基苯、对二羟乙基苯、间二羟乙基苯、邻二羟乙基苯、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;所述的碱是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的至少一种;所述的碱溶液的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
所述步骤(1)中加热温度为80~150℃;加热时间为4~8小时,酸在溶剂中的质量浓度为0.5~20%;步骤(2)中温度为5~50℃,所述的终点pH值为6~12,所述的碱溶液的质量浓度为5~30%。
一种预浸料,由权利要求1~6中任一项所述的可降解微胶囊固化剂、环氧树脂、辅助材料和增强材料组成,所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油氨型环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环氧树脂中的至少一种;所述增强材料包括碳纳米管、氮化硼纳米管、碳黑、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、有机纳米颗粒、氧化铁、玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、化学纤维和由纤维材料制成的织物中的至少一种;所述辅助材料包括促进剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、流平剂、紫外吸收剂、抗氧化剂、光亮剂、荧光试剂、颜料、填料中的至少一种。
一种增强复合材料,采用权利要求10中所述预浸料通过预浸料成型方法制成,并通过如下方法降解可降解微胶囊固化剂,回收增强材料:
(a)将增强复合材料在加热和搅拌的条件下浸泡在酸和溶剂的混合降解液体系中,得到降解溶液;酸在溶剂中的质量浓度为0.1~100%;加热温度为15~400℃,加热时间为1~120小时;
(b)中和:使用碱溶液调节步骤(a)所得降解溶液的pH值;所述碱溶液的质量浓度为0.1~100%,调节降解溶液pH值时保持温度为0~200℃,调节降解溶液pH值,最终pH值大于6,有沉淀物产生;
(c)将步骤(b)经过调节pH值的降解溶液和沉淀物进行物理分离、清洗和干燥。
优选地,所述酸为盐酸、氢溴酸、氢氟酸、醋酸、三氟乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、高氯酸、苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸中的至少一种;所述溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、苄醇、苯乙醇、对二羟甲基苯,间二羟甲基苯、邻二羟甲基苯、对二羟乙基苯、间二羟乙基苯、邻二羟乙基苯、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;所述碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的至少一种;所述碱溶液的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
所述步骤(a)中酸在溶剂中的质量浓度为0.5~20%,所述加热温度为80~150℃,所述加热时间为4~8小时;步骤(b)中碱溶液的质量浓度为5~30%;温度为5~50℃。
本发明获得的有益效果:
提供了一种可降解微胶囊环氧树脂固化剂,以及由该固化剂与环氧树脂合成的聚合物、增强复合材料及所述聚合物和增强复合材料的降解方法。本发明所制备的可降解增强复合材料具有良好的储存稳定性,室温贮存期在一个月以上,而在较高温度时能快速固化,在特定条件下,复合材料发生降解,增强材料和环氧树脂基体降解产物都可以分离和回收;此外,增强复合材料的降解回收方法,可以在相对温和反应条件、经济、易于控制下进行。
此外,增强复合材料的降解回收原理为:复合材料浸泡在热的酸和溶剂的回收溶液中,首先是环氧树脂基体分解,然后分离出收增强材料,最后通过碱液中和回收环氧树脂降解的产物。在这样的条件下,环氧树脂基体能够分解是因为其交联结构是酸敏感性的,其中的缩醛基团会发生键的断裂,从而导致环氧树脂基体的交联结构分解成能溶解在有机溶剂中的非交联聚合物(例如热塑性环氧树脂)。当环氧树脂基体充分溶解,纤维即可从溶液中取出,溶液经过碱中和,沉降,固液分离回收环氧树脂基体降解产物。回收的增强材料和非交联聚合物都可以分离、回收和再利用。
本发明所制备的可降解环氧树脂预浸料,具有良好的可操作时间、适宜的粘度以及良好的储存稳定性,在较高温度时能快速固化。60 90℃条件下可操作时间大于2小时,优选70℃条件下4小时;60 100℃条件下,粘度范围10000 40000cps,优选70℃条件下1700025000cps。在室温时贮存期在三个月以上,0℃下贮存期在半年以上,18℃下贮存期在一年以上。在较高温度时能快速固化,固化温度为80 200℃,优选为125℃。本发明以可降解环氧树脂预浸料为原料,通过标准复合材料制造技术制备出可降解复合增强材料,这种材料具有优异的力学性能,适合于不同复合材料应用领域。
目前热固性复合材料回收技术必须通过焚烧掉复合材料中的塑料组分后才能回收其中的增强材料,而本发明使用可降解环氧树脂预浸料制备复合材料,不需要特殊条件即可以在温和的条件下降解,复合材料中的塑性组分和增强材料都可以回收,回收更高效。具体为:
(1)环氧树脂固化物(即固化剂与环氧树脂体系聚合生成的可降解交联聚合物)可以降解形成热塑性环氧树脂聚合物,降解过程中只损失少量的缩醛基团,热塑性环氧树脂聚合物的质量回收率高,该聚合物可以加工用在工业用途上;
(2)环氧树脂固化物和增强材料质量回收率在96%以上;复合增强材料中95%以上的增强材料(如碳纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维)可回收,回收的增强材料保持了原有大部分的质地和力学性能,在酸性回收条件下稳定,表面干净,基本无缺损,可再用于新的复合材料中;回收的环氧树脂聚合物降解产物经过加工可以用在塑料制品上;
(3)可降解环氧树脂复合材料的回收方法具有反应条件温和、经济、容易控制等优点。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明,以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一、可降解微胶囊固化剂的制备
实施例1:
10℃下,将10克1,4-苯二异氰酸酯溶解于200克二氯甲烷中,搅拌均匀作为溶液A。将2克乙二醇(作为扩链剂)溶解于200克乙酸乙酯中,搅拌均匀得到溶液B。将所述溶液B缓慢加入到溶液A中,搅拌反应得到溶液AB。将20克2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷加入到200克丙酮中,搅拌均匀;缓慢加入到溶液AB中,升温至25℃搅拌反应1h,反应结束后,将上述体系一次性加入到200g去离子水中,搅拌、洗涤、烘干,得到白色固体产品29.65克,胺值为685mgKOH/g。产品即为可降解微胶囊固化剂,其中1,4-苯二异氰酸酯与乙二醇可形成不可降解聚合物作为壁材包裹作为芯材的2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷形成微胶囊结构。
实施例2
50℃下,将10克间苯二异氰酸酯溶解于50克甲基乙基酮中,搅拌均匀作为溶液A。将1克乙二胺溶解于50克甲苯中,搅拌均匀得到溶液B。将所述溶液B缓慢加入到溶液A中,搅拌反应得到溶液AB。将20克2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷加入到50克氯仿中,搅拌均匀后缓慢加入到溶液AB中,升温至100℃搅拌反应6h。反应结束后,将上述体系一次性加入到2000g去离子水中,搅拌、洗涤、烘干,得到白色固体产品29.41克,胺值为656mgKOH/g。
实施例3
30℃下,将10克1,4-苯二异氰酸酯溶解于500克乙醚中,搅拌均匀作为溶液A。将5克丙三醇溶解于500克环己烷中,搅拌均匀得到溶液B。将所述溶液B缓慢加入到溶液A中,搅拌反应得到溶液AB。将20克2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷加入到500克乙酸乙酯中,搅拌均匀后缓慢加入到溶液AB中,升温60℃搅拌反应20h。反应结束后,将上述体系一次性加入到1000g去离子水中,搅拌、洗涤、烘干,得到白色固体产品29.07克,胺值为669mgKOH/g。
实施例4
40℃下,将10克1,4-苯二异氰酸酯溶解于100克乙醚中,搅拌均匀作为溶液A。将2克乙二醇溶解于100克环己烷中,搅拌均匀得到溶液B。将所述溶液B缓慢加入到溶液A中,搅拌反应得到溶液AB。将20克2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷加入到100克二氯甲烷中,搅拌均匀后缓慢加入到溶液AB中,升温至80℃搅拌反应3h。反应结束后,将上述体系一次性加入到1500g去离子水中,搅拌、洗涤、烘干,得到白色固体产品29.09克,胺值为673mgKOH/g。
实施例5
其余均与实施例1相同,不同之处在于:
原料配比按重量份计,所述异氰酸酯为50份,所述可降解固化剂为200份,所述扩链剂为20份,所述溶剂A为2000份,所述溶剂B为2000份,所述溶剂C为2000份;
溶液B中还加入可降解固化剂2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷并搅拌溶解均匀。产物中1,4-苯二异氰酸酯、2,2-双(2-氨基-乙氧基)与乙二醇可反应形成可降解聚合物,可降解聚合物作为壁材包裹作为芯材的2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷形成微胶囊结构。
上述反应中,可降解固化剂2,2-双(2-氨基-乙氧基)丙烷可等同替换为如下结构通式1~5中的任一种化合物:
结构通式1:
其中:
每个化合物中的每个R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
每个化合物中的每个R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
每个化合物中的每个A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每个化合物中的每个B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式2:
其中,
n大于0;
R1、R2、R3、R4、R5和R6为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同,也可以不同;
R5和R6可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R1和A可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R4和B可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式3:
其中,
m大于0,n大于0,m和n可以相同,也可以不同;
R1、R2、R3和R4为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3和R4可以相同,也可以不同;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式4:
其中,
m为2,1或0;n为2,3或4;m和n的和为4;
R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R2为–NHR3、–SH或杂环烷基,其中R3是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
结构通式5:
其中,
n大于1;
A是亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每一个B是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种。
实施例6:
其余均与实施例5相同,不同之处在于:
原料配比按重量份计,所述异氰酸酯为10份,所述可降解固化剂为10份,所述扩链剂为20份,所述溶剂A为200份,所述溶剂B为200份,所述溶剂C为200份;
1,4-苯二异氰酸酯可等同替换为间苯二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯环己烷、六氢甲苯二异氰酸酯和其同分异构体、1,5-萘二异氰酸酯、1-甲氧基苯基-2,4-二异氰酸酯、2,2'-二苯甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-联苯撑基二异氰酸酯、3,3'-二甲氧基-4,4'-联苯撑基二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯、4,4',4”-三苯甲烷三异氰酸酯、2,4,6-三异氰酸酯甲苯、4,4'-二甲基二苯甲烷-2,2'-5,5'-四异氰酸酯,多亚甲基多苯撑多异氰酸酯或者它们的同分异构体中的一种或多种;
二氯甲烷作为溶液A的溶剂可替换为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种;
乙二醇扩链剂可替换为为多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、多胺、聚硫醇和多元酚中的一种或几种;
乙酸乙酯作为溶液B的溶剂可替换为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
丙酮作为芯材的溶剂可替换为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
各原料的溶剂选择上可选用相同的溶剂种类,也可选择不同的种类。
二、固化剂与环氧树脂聚合生成可降解交联聚合物
实施例7
室温下称取10克实施例5中制备的可降解微胶囊固化剂和31.2克的液体环氧树脂NPEL128(EEW 0.52~0.54eq./100g),混合搅拌均匀,在70℃条件下,凝胶时间大于4小时;在室温下,可以保存一个月以上。取适量涂抹在载玻片上,120℃下加热2小时,160℃加热2小时至完全固化,制备成可降解环氧树脂固化物试样。
实施例8
室温下称取10克实施例6中制备的可降解微胶囊固化剂和22.9克的液体环氧树脂NPEL128(EEW 0.52~0.54eq./100g),混合搅拌均匀,在70℃条件下,凝胶时间大于4小时;在室温下,可以保存一个月以上。取适量涂抹在载玻片上,120℃下加热2小时,160℃加热2小时至完全固化,制备成可降解环氧树脂固化物试样。
实施例9
其余均与实施例7相同,不同之处在于环氧树脂NPEL128可等同替换为缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油氨型环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环氧树脂中的至少一种。
根据所用可降解微胶囊固化剂的不同,可降解交联聚合物含有可断裂交联结构通式1~5中任一种所述的可断裂交联结构:
可断裂交联结构通式1:
其中:
每个化合物中的每个R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
每个化合物中的每个R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
每个化合物中的每个A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每个化合物中的每个B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式2:
其中,n大于0;
R1、R2、R3和R4为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3和R4可以相同,也可以不同;
R3和R4可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R1和A可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R2和B可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式3:
其中,
m大于0,n大于0,m和n可以相同,也可以不同;
R1和R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式4:
其中,
m为2,1或0;n为2,3或4;m和n的和为4;
R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R2为–NHR3、–SH或杂环烷基,其中R3是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
可断裂交联结构通式5:
其中,
n大于1;
A是亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每一个B是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种。
三、可降解交联聚合物的降解与原料回收
实施例10
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例7中制备的可降解交联聚合物样品、10毫升浓盐酸和90毫升乙二醇,搅拌加热到15℃,10小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用20%氢氧化钠溶液中和,温度0℃,终点pH6.5,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.96克,质量回收率96%。
实施例11
在高压反应釜中,加入1克实施例7中制备的可降解交联聚合物样品、1毫升浓盐酸和90毫升乙二醇,搅拌加热到350℃,0.5小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用20%氢氧化钠溶液中和,温度200℃,终点pH12,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.96克,质量回收率96%。
实施例12
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例7中制备的可降解交联聚合物样品、1毫升浓硝酸和90毫升乙二醇,100℃搅拌,10小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用20%氢氧化钠溶液中和,温度100℃,终点pH7.5,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.95克,质量回收率95%。
实施例13
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施8中制备的可降解交联聚合物样品、10毫升醋酸和10毫升水,搅拌加热到100℃,10小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用20%氢氧化钠溶液中和,温度150℃,终点pH8.5,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.97克,质量回收率97%。
实施例14
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例8中制备的可降解交联聚合物样品、10毫升浓盐酸和45毫升苯甲醇,搅拌加热到100℃,10小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用20%氢氧化钠溶液中和,温度80℃,终点pH9.5,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.95克,质量回收率95%。
实施例15
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例8中制备的可降解交联聚合物样品、0.1毫升浓盐酸和99.9毫升辛醇,搅拌加热到100℃,120小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用15%氢氧化钠溶液中和,温度90℃,终点pH10.0,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.98克,质量回收率98%。
实施例16
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例9中制备的可降解交联聚合物样品、10毫升浓盐酸和90毫升乙二醇,搅拌加热到100℃,10小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用10%氢氧化钠溶液中和,温度50℃,终点pH7.0,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.96克,质量回收率96%。
实施例17
在高压反应釜中,加入1克实施例9中制备的可降解交联聚合物样品、1毫升浓盐酸和90毫升乙二醇,搅拌加热到350℃,0.5小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用30%氢氧化钠溶液中和,温度10℃,终点pH12.0,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.98克,质量回收率98%。
实施例18
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例8中制备的可降解交联聚合物样品、100毫升浓硝酸,400℃搅拌,1小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用5%氢氧化钠溶液中和,温度50℃,终点pH8.0,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.96克,质量回收率96%。
实施例19
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例8中制备的可降解交联聚合物样品、10毫升醋酸和10毫升水,搅拌加热到100℃,1小时后降解完全,得透明澄清溶液,该溶液用20%氢氧化钠溶液中和,温度60℃,终点pH7.0,析出固体,过滤,并用水洗涤固体,干燥后得到热固性环氧树脂降解产物0.97克,质量回收率97%。
实施例20
其余均与实施例10相同,不同之处在于:
浓盐酸可根据需要替换为盐酸、氢溴酸、氢氟酸、醋酸、三氟乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、高氯酸、苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸中的至少一种;所述的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、苄醇、苯乙醇、对二羟甲基苯,间二羟甲基苯、邻二羟甲基苯、对二羟乙基苯、间二羟乙基苯、邻二羟乙基苯、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
氢氧化钠可根据需要替换为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的至少一种;
碱溶液的溶剂可根据需要替换为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
四、可降解环氧树脂基体凝胶时间和适宜期
实施例21
在100℃条件下,将双酚A型环氧树脂E51(EEW 0.48~0.54eq./100g)、E20(EEW0.18~0.22eq./100g)和E44(EEW 0.41~0.47eq./100g)按一定质量比例(3.5:5:1.5)搅拌混合均匀,降温到70℃,加入等当量实施例1中微胶囊固化剂,高速搅拌混合均匀,70℃条件下凝胶时间超过6小时。
70℃条件下,测试混合物粘度值为20000-25000cps。同样,测试混合物在-18℃下保存7天和30天后,在70℃条件下的粘度和凝胶时间无明显变化。在25℃下保存7天和30天后,在70℃条件下的粘度和凝胶时间,也无明显变化。
实施例22
在100℃条件下,将双酚A型环氧树脂E52D(EEW 0.52~0.54eq./100g)、E20(EEW0.18~0.22eq./100g)和E44(EEW 0.41~0.47eq./100g)按一定质量比例(3.5:5:1.5)搅拌混合均匀,降温到70℃,加入等当量实施例2中微胶囊固化剂,高速搅拌混合均匀,70℃条件下凝胶时间超过6小时。
70℃条件下,测试混合物粘度值为20000-25000cps。同样,测试混合物在-18℃下保存7天和30天后,在70℃条件下的粘度和凝胶时间无明显变化。在25℃下保存7天和30天后,70℃条件下的粘度和凝胶时间,也无明显变化。
实施例23
(1)可降解环氧树脂基体的制备:称量20克双酚A型环氧树脂E51(EEW 0.48~0.54eq./100g)和21克实施例1中微胶囊固化剂,放入搅拌机中混合,混合后在三辊研磨机中研磨30分钟,待用。将15克双酚A型环氧树脂E51(EEW 0.48~0.54eq./100g)、15克双酚A型环氧树脂E44(EEW 0.41~0.47eq./100g)和50克双酚A型环氧树脂E20(EEW 0.18~0.22eq./100g),放入120℃烘箱中预热3小时,将预热好的树脂放入捏合机中捏合1小时,温度降至70℃,将捏合好的树脂放入混合釜中混合,抽真空,在70℃时,放入上述在三辊研磨机研磨好的E51/固化剂Ⅲ混合体系,高速混合30分钟,放料,冷却至室温后冷冻保存。
上述制备的可降解环氧树脂基体,在70℃条件下,凝胶时间大于4小时;在室温下,可以保存一个月以上;在0℃,保存半年以上;在-18℃,保存一年以上。
(2)可降解环氧树脂碳纤维预浸料和碳纤维复合材料板材的制备:上述配方制备的环氧树脂体系加热到70℃,用3K碳纤维布湿法制备碳纤维预浸料,室温下预浸料微带粘性,在平板热压机上,150℃,压制成碳纤维复合材料板材。
实施例24
(1)可降解环氧树脂基体的制备:称量20克双酚A型环氧树脂E52D(EEW 0.52~0.54eq./100g)和25克实施例2中微胶囊固化剂,放入搅拌机中混合,混合后在三辊研磨机中研磨30分钟,待用。将15克双酚A型环氧树脂E52D(EEW 0.52~0.54eq./100g)、15克双酚A型环氧树脂E44(EEW 0.41~0.47eq./100g)和50克双酚A型环氧树脂E20(EEW 0.18~0.22eq./100g),放入约120℃烘箱中预热3小时,将预热好的树脂放入捏合机中捏合1小时,温度降至70℃,将捏合好的树脂放入混合釜中混合,抽真空,在70℃时,放入在三辊研磨机研磨好的E52/固化剂Ⅲ混合体系,高速混合30分钟,放料,冷却至室温后冷冻保存。
上述制备的可降解环氧树脂基体,在70℃条件下,凝胶时间大于4小时;在室温下,可以保存一个月以上;在0℃,保存半年以上;在-18℃,保存一年以上。
(2)可降解环氧树脂单向碳纤维预浸料和碳纤维复合材料板材的制备:用上述配方制备的环氧树脂体系加热到70℃,用3K碳纤维布湿法制备碳纤维预浸料,室温下预浸料微带粘性,在平板热压机上,150℃,压制成碳纤维复合材料板材。
实施例25
预浸料的制备过程均与实施例24相同,不同之处在于:环氧树脂体系还包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油氨型环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环氧树脂中的至少一种;
3K碳纤维布可根据需要替换为碳纳米管、氮化硼纳米管、碳黑、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、有机纳米颗粒、氧化铁、玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、化学纤维和由纤维材料制成的织物中的至少一种;
还可加入辅助材料,辅助材料包括促进剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、流平剂、紫外吸收剂、抗氧化剂、光亮剂、荧光试剂、颜料、填料中的至少一种。
五、纤维复合材料板材的降解
实施例26
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例21中的碳纤维复合材料板材样品、10毫升浓盐酸和90毫升苯甲醇,搅拌加热到150℃,8小时后环氧树脂基体降解完全,趁热过滤,将碳纤维布与降解溶液分离,滤液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到热固性环氧树脂分解产物和碳纤维共0.98克,质量回收率98%。回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例27
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例22中的碳纤维复合材料板材样品、10毫升浓盐酸和90毫升乙二醇,搅拌加热到150℃,8小时后环氧树脂基体降解完全,趁热过滤,将碳纤维布与降解溶液分离,滤液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到热固性环氧树脂分解产物和碳纤维共0.97克,质量回收率97%。回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例28
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例23中的碳纤维复合材料板材样品、5毫升浓硝酸和90毫升已醇,搅拌加热到150℃,8小时后环氧树脂基体降解完全,趁热过滤,将碳纤维布与降解溶液分离,滤液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物和碳纤维共0.98克,质量回收率98%。回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例29
在一只单口圆底烧瓶中,加入1克实施例24中的碳纤维复合材料板材样品、50毫升醋酸和50毫升水,搅拌加热到100℃,20小时后环氧树脂基体降解完全,趁热过滤,将碳纤维布降解溶液分离,滤液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到热固性环氧树脂分解产物和碳纤维共0.97克,质量回收率97%。回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例30
其余均与实施例29相同,不同之处在于:
工艺参数可在如下范围内取值:酸在溶剂中的质量浓度为0.1~100%;加热温度为15~400℃,加热时间为1~120小时;碱溶液的质量浓度为0.1~100%,调节降解溶液pH值时保持温度为0~200℃,调节降解溶液pH值,最终pH值大于6。
醋酸可等同替换为盐酸、氢溴酸、氢氟酸、醋酸、三氟乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、高氯酸、苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸中的至少一种;
溶剂水可等同替换为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、苄醇、苯乙醇、对二羟甲基苯,间二羟甲基苯、邻二羟甲基苯、对二羟乙基苯、间二羟乙基苯、邻二羟乙基苯、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
氢氧化钠可等同替换为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的至少一种;
氢氧化钠的溶剂可等同替换为为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
实施例31
工艺阐述可根据需要在如下范围内取值:酸在溶剂中的质量浓度为0.5~20%,所述加热温度为80~150℃,所述加热时间为4~8小时;步骤(b)中碱溶液的质量浓度为5~30%;温度为5~50℃。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内;本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (11)
1.一种可降解微胶囊固化剂,其特征在于,所述可降解微胶囊固化剂由壁材和芯材组成,所述芯材由可降解固化剂组成,所述壁材由可降解聚合物或不可降解聚合物组成,所述可降解聚合物由异氰酸酯和扩链剂以及可降解固化剂反应得到,所述不可降解聚合物由异氰酸酯和扩链剂反应得到。
2.根据权利要求1中所述一种可降解微胶囊固化剂,其特征在于,所述可降解固化剂由结构通式1~5中的任一种化合物组成:
结构通式1:
其中:
每个化合物中的每个R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
每个化合物中的每个R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
每个化合物中的每个A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每个化合物中的每个B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式2:
其中,
n大于0;
R1、R2、R3、R4、R5和R6为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同,也可以不同;
R5和R6可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R1和A可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R4和B可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式3:
其中,
m大于0,n大于0,m和n可以相同,也可以不同;
R1、R2、R3和R4为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3和R4可以相同,也可以不同;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
结构通式4:
其中,
m为2,1或0;n为2,3或4;m和n的和为4;
R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R2为–NHR3、–SH或杂环烷基,其中R3是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
结构通式5:
其中,
n大于1;
A是亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每一个B是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种。
3.一种如权利要求2中所述可降解微胶囊固化剂的制备方法,其特征在于,包括以下具体步骤:
步骤1.将异氰酸酯溶解于溶剂A中,搅拌均匀得到溶液A;
步骤2.将扩链剂溶解于溶剂B中,搅拌均匀得到溶液B;
步骤3.将所述溶液B缓慢加入到溶液A中,搅拌使得反应液稳定得到反应液AB;
步骤4.将芯材溶解于溶剂C中,搅拌均匀得到溶液C;
步骤5.将溶液C缓慢加入到反应液AB中,升温搅拌;
步骤6.反应一定时间后,加入一定量去离子水洗涤、烘干,得到可降解微胶囊固化剂。
4.根据权利要求3中所述的可降解微胶囊固化剂的制备方法,其特征在于,所述异氰酸酯包括间苯二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯环己烷、六氢甲苯二异氰酸酯和其同分异构体、1,5-萘二异氰酸酯、1-甲氧基苯基-2,4-二异氰酸酯、2,2'-二苯甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-联苯撑基二异氰酸酯、3,3'-二甲氧基-4,4'-联苯撑基二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯、4,4',4”-三苯甲烷三异氰酸酯、2,4,6-三异氰酸酯甲苯、4,4'-二甲基二苯甲烷-2,2'-5,5'-四异氰酸酯,多亚甲基多苯撑多异氰酸酯或者它们的同分异构体中的一种或多种;
所述溶剂A为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种;
所述扩链剂为多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、多胺、聚硫醇和多元酚中的一种或几种;
所述溶剂B为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种,溶剂B和溶剂A相同或不同;
所述溶剂C为二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、石油醚、环己烷、正己烷、异己烷、甲苯、丙酮、二氧六环、甲基乙基酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种,溶剂C和溶剂A相同或不同,溶剂C和溶剂B相同或不同;
所述步骤1~4中工艺温度为10-50℃;
按重量份计,所述异氰酸酯为10~50份,所述可降解固化剂为10~200份,所述乳化剂为2~20份,所述扩链剂为2~20份,所述溶剂A为200~2000份,所述溶剂B为200~2000份,所述溶剂C为200~2000份;
所述步骤5中工艺温度为25-100℃;
所述步骤6中反应时间为0.5-20h,优选的时间为1-6h,加入去离子水量为200-2000份。
5.一种可降解交联聚合物,其特征在于:由权利要求1~4中任一项所述的可降解微胶囊固化剂与环氧树脂聚合生成,所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油氨型环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环氧树脂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的可降解交联聚合物,其特征在于:所述可降解交联聚合物含有可断裂交联结构通式1~5中任一种所述的可断裂交联结构:
可断裂交联结构通式1:
其中:
每个化合物中的每个R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
每个化合物中的每个R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
每个化合物中的每个A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每个化合物中的每个B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式2:
其中,n大于0;
R1、R2、R3和R4为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1、R2、R3和R4可以相同,也可以不同;
R3和R4可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R1和A可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
R2和B可以与共同相邻的碳原子在同一个环结构中,也可以不在同一个环结构中;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式3:
其中,
m大于0,n大于0,m和n可以相同,也可以不同;
R1和R2为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A和B为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
A和B为相同或不同的官能团;
可断裂交联结构通式4:
其中,
m为2,1或0;n为2,3或4;m和n的和为4;
R1为氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R2为–NHR3、–SH或杂环烷基,其中R3是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种;
R1和R2可以相同,也可以不同;
A为亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
可断裂交联结构通式5:
其中,
n大于1;
A是亚烃基、亚烃杂亚烃基、环烷撑基、亚烃环烷撑基、亚烃环烷撑亚烃基、杂环烷撑基、亚烃杂环烷撑基、亚烃杂环烷亚烃基、环烯撑基、亚烃环烯撑基、亚烃环烯撑亚烃基、杂环烯撑基、亚烃杂环烯撑基、亚烃杂环烯亚烃基、芳香撑基、亚烃芳香撑基、亚烃芳香撑亚烃基、杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑基、亚烃杂芳香撑亚烃基、羰基和硫代羰基中的一种;
每一个B是氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、环烯基、炔基、芳香基、亚烃氧烷基、亚烃氧环烷基、亚烃氧杂环基、亚烃氧烯基、亚烃氧环烯基、亚烃氧芳香基、环烷撑氧烷基、环烷撑氧环烷基、环烷撑氧杂环基、环烷撑氧烯基、环烷撑氧环烯基、环烷撑氧芳香基、杂环烷撑氧烷基、杂环烷撑氧环烷基、杂环烷撑氧杂环基、杂环烷撑氧烯基、杂环烷撑氧环烯基、杂环烷撑氧芳香基、芳香撑氧烷基、芳香撑氧环烷基、芳香撑氧杂环基、芳香撑氧烯基、芳香撑氧环烯基、芳香撑氧芳香基中的一种。
7.根据权利要求6所述的可降解交联聚合物,其特征在于:通过如下具体步骤进行降解:
(1)在加热和搅拌的条件下,将可降解交联聚合物浸泡在酸和溶剂的混合体系中进行降解,得到降解溶液,所述加热温度为15~400℃,加热时间1~120小时,酸在溶剂中的质量浓度为0.1~100%;
(2)中和:使用碱溶液在一定温度下调节降解溶液的pH值,温度为0~200℃,终点pH值大于6,所述的碱溶液的质量浓度为0.1~100%。
8.根据权利要求7所述的可降解交联聚合物,其特征在于,所述酸为盐酸、氢溴酸、氢氟酸、醋酸、三氟乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、高氯酸、苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸中的至少一种;所述的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、苄醇、苯乙醇、对二羟甲基苯,间二羟甲基苯、邻二羟甲基苯、对二羟乙基苯、间二羟乙基苯、邻二羟乙基苯、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;所述的碱是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的至少一种;所述的碱溶液的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
所述步骤(1)中加热温度为80~150℃;加热时间为4~8小时,酸在溶剂中的质量浓度为0.5~20%;步骤(2)中温度为5~50℃,所述的终点pH值为6~12,所述的碱溶液的质量浓度为5~30%。
9.一种预浸料,其特征在于:由权利要求1~6中任一项所述的可降解微胶囊固化剂、环氧树脂、辅助材料和增强材料组成,所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油氨型环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂、酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环氧树脂中的至少一种;所述增强材料包括碳纳米管、氮化硼纳米管、碳黑、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、有机纳米颗粒、氧化铁、玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、化学纤维和由纤维材料制成的织物中的至少一种;所述辅助材料包括促进剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、流平剂、紫外吸收剂、抗氧化剂、光亮剂、荧光试剂、颜料、填料中的至少一种。
10.一种增强复合材料,其特征在于;采用权利要求10中所述预浸料通过预浸料成型方法制成,并通过如下方法降解可降解微胶囊固化剂,回收增强材料:
(a)将增强复合材料在加热和搅拌的条件下浸泡在酸和溶剂的混合降解液体系中,得到降解溶液;酸在溶剂中的质量浓度为0.1~100%;加热温度为15~400℃,加热时间为1~120小时;
(b)中和:使用碱溶液调节步骤(a)所得降解溶液的pH值;所述碱溶液的质量浓度为0.1~100%,调节降解溶液pH值时保持温度为0~200℃,调节降解溶液pH值,最终pH值大于6,有沉淀物产生;
(c)将步骤(b)经过调节pH值的降解溶液和沉淀物进行物理分离、清洗和干燥。
11.根据权利要求10所述的增强复合材料,其特征在于,所述酸为盐酸、氢溴酸、氢氟酸、醋酸、三氟乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、高氯酸、苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸中的至少一种;所述溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、苄醇、苯乙醇、对二羟甲基苯,间二羟甲基苯、邻二羟甲基苯、对二羟乙基苯、间二羟乙基苯、邻二羟乙基苯、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;所述碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的至少一种;所述碱溶液的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甘油、二氧六环中的至少一种;
所述步骤(a)中酸在溶剂中的质量浓度为0.5~20%,所述加热温度为80~150℃,所述加热时间为4~8小时;步骤(b)中碱溶液的质量浓度为5~30%;温度为5~50℃。
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