CN112851912A - A3+b2型超支化环氧树脂前驱体、改性组合物、其制备方法与应用 - Google Patents

A3+b2型超支化环氧树脂前驱体、改性组合物、其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，其具有下式所示结构：
Figure DDA0002892373920000011
本发明还公开了一种超支化环氧树脂改性组合物，其包含所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体。本发明还公开了所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、超支化环氧树脂改性组合物及其固化物的制备方法和应用。本发明的超支化环氧树脂改性组合物制备方法简单，操作易懂，反应条件可控制性好，易于实施，适于大规模工业化生产；同时，该改性组合物对应固化得到的树脂材料兼具优异的耐冲击性能和阻燃性能，能够在保持出色的阻燃性的同时，还能够赋予固化物优异的韧性，适用于对聚合物材料有高韧性和高阻燃要求的高端应用领域，有着非常广阔的应用前景。

Description

A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、改性组合物、其制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及一种热固性环氧树脂，具体涉及一种含磷无卤结构的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体及其改性组合物、其制备方法以及其应用，属于高分子技术领域。
背景技术
超支化聚合物是由一系列支化单元组成的树枝支化大分子。与传统线型高分子相比，超支化聚合物具有良好的溶解性、较低的粘度、易成膜、大量的末端官能团等特点，是高分子科学的研究热点之一。
环氧树脂是一种通用型热固性树脂，具有非常广泛的用途，因其优异的综合性能而被广泛应用于航天航空、涂料、粘接剂、电路封装等领域。
目前，环氧树脂存在着极限氧指数低、易燃烧的问题。传统的阻燃改性方法主要是将含有卤素的阻燃剂作为添加物或共聚物对环氧树脂进行物理或化学改性，从而达到材料具有良好阻燃性能的目的。然而，这些含卤素的聚合物在燃烧过程中会释放的气体具有腐蚀性和毒性，对人体和环境都会造成很大的伤害。因此，近年来对于无卤阻燃剂的研究变得越来重要，这其中磷系阻燃剂得到人们最多的关注。磷系阻燃剂能够赋予环氧树脂优异的阻燃性。近年，利用磷系阻燃剂与环氧树脂的结合来实现原料和阻燃剂的双重绿色化得到科研工作者们广泛关注。例如中国发明专利文献CN108192078A公开了一种含有9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)结构的阻燃环氧树脂，利用没食子酸上的多官能度同时引入了阻燃基团和环氧基团，固化得到的材料表现了良好的阻燃性能，九个实施案例中四个案例均达到了V0级别。
此外，由于环氧树脂固化物具有高度交联的网状结构使其韧性差、脆性大，限制了其进一步推广应用。同时，上述发明所公开的反应型磷系阻燃剂都具有较大的刚性，应用于环氧树脂体系时，会导致制备得到的材料的脆性变得更大，导致应用范围更加受限。近年来，用超支化环氧来增韧环氧体系的方法引起了广泛关注，而且已被证实是一种有效的环氧增韧方法。超支化环氧树脂增韧环氧树脂不仅能够提高材料的耐冲击性能，同时还不会牺牲材料的机械性能。例如中国发明专利文献CN104311832A公开了一种聚醚砜型超支化环氧树脂，表明改种超支化环氧树脂能够显著的提高双酚A环氧树脂的冲击强度(提高了89.9％)、断裂伸长率(提高了73.9％)、拉伸强度(提高了19.6％)以及玻璃化转变温度(提高了13.7％)。
因此，如何对传统环氧树脂的结构进行优化，寻求一种具有优异综合性能的超支化环氧树脂增韧环氧树脂热固性树脂材料，已然成为业界研究人员长期以来一直努力的方向。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种A3+B2型超支化环氧树脂前驱体及制备方法，从而克服现有技术的不足。
本发明的另一目的在于提供一种超支化环氧树脂改性组合物、固化物及其制备方法与应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，其具有如式(I)中所示的结构：
Figure BDA0002892373900000021
其中，X为
Figure BDA0002892373900000022
Y包括以下结构中的任一种：
Figure BDA0002892373900000031
Figure BDA0002892373900000032
为
Figure BDA0002892373900000033
2＜n＜10；
其中，R1包括
Figure BDA0002892373900000034
R2～R11均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基。
本发明实施例还提供了一种A3+B2型超支化环氧树脂前驱体的制备方法，其包括：
使包含含活性氢的含磷化合物、式(III)所示化合物、式(IV)所示化合物和酸性催化剂的第一混合反应体系于100～130℃进行缩合反应12～36h，制得如式(II)所示的阻燃三酚单体；
所述含活性氢的含磷化合物选自9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和/或5，10-二氢-磷杂吖嗪-10-氧化物；
Figure BDA0002892373900000035
其中，R1包括
Figure BDA0002892373900000041
R2～R7均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基；
使包含式(II)所示的阻燃三酚单体、二官能度环氧单体、相转移催化剂和有机溶剂的第二混合反应体系在惰性气氛下于80～160℃反应6～24h，制得A3+B2型超支化环氧树脂前驱体。
本发明实施例还提供了一种超支化环氧树脂改性组合物，其包括：前述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体、环氧固化剂和固化促进剂。
本发明实施例还提供了一种超支化环氧树脂固化物的制备方法，其包括：使所述超支化环氧树脂改性组合物于100～180℃进行梯度固化。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的超支化环氧树脂固化物，其冲击强度为30～100kJ/m2，阻燃性能在V1级以上。
本发明实施例还提供了前述超支化环氧树脂改性组合物或超支化环氧树脂固化物于复合材料领域中的用途。
本发明实施例还提供了一种具有耐高低温冲击和耐热阻燃结构的装置，所述耐高低温冲击和耐热阻燃结构包含前述的超支化环氧树脂固化物。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明采用来源丰富、价格低廉的原料，通过简单的反应得到了一系列无卤阻燃型A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，该单体在含有大量阻燃元素的同时，还具有高度的支化结构；并且本发明的超支化环氧树脂改性组合物制备方法简单，操作易懂，反应条件可控制性好，易于实施，适于大规模工业化生产；同时，该超支化环氧树脂改性组合物对应固化得到的树脂材料兼具优异的耐冲击性能和阻燃性能，能够在保持出色的阻燃性的同时，还能够赋予固化物优异的韧性，适用于对聚合物材料有高韧性和高阻燃要求的高端应用领域，有着非常广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中制得的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体的核磁共振氢谱(1H-NMR)图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的设计构思主要在于：本案发明人将阻燃与超支化相结合，制备得到了一系列无卤阻燃型A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，并用于对传统环氧树脂的改性，得到了一系列具有优异综合性能的热固性树脂材料。
简单的讲，本案发明人通过简单便捷的方法得到了一系列A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，该前驱体在含有大量阻燃元素的同时，还具有高度的支化结构，能够同时赋予热固性树脂优异的阻燃性能和耐冲击性能。
本发明实施例的一个方面提供的一类A3+B2型超支化环氧树脂前驱体具有如式(I)中所示的结构：
Figure BDA0002892373900000051
其中，X为
Figure BDA0002892373900000061
Y包括以下结构中的任一种：
Figure BDA0002892373900000062
Figure BDA0002892373900000063
为
Figure BDA0002892373900000064
2＜n＜10；
其中，R1包括
Figure BDA0002892373900000065
R2～R11均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基。
本发明实施例的另一个方面提供了一种制备所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体的方法，其包括：
(1)使包含含活性氢的含磷化合物、式(III)所示化合物、式(IV)所示化合物和酸性催化剂的第一混合反应体系于100～130℃进行缩合反应12～36h，制得阻燃三酚单体，其结构式如式(II)所示；
所述含活性氢的含磷化合物选自9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和/或5，10-二氢-磷杂吖嗪-10-氧化物；
Figure BDA0002892373900000071
其中，R1包括
Figure BDA0002892373900000072
R2～R7均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基；
(2)使包含式(II)所示的阻燃三酚单体、二官能度环氧单体、相转移催化剂和有机溶剂的第二混合反应体系在通惰性气体的氛围下于80～160℃反应6～24h，制得式(I)所示A3+B2型超支化环氧树脂前驱体。
在一些实施方式中，所述二官能度环氧单体包括二缩水甘油醚单体、4，4′-二羟基二苯硫醚二缩水甘油醚单体、4，4′-二羟基二苯醚二缩水甘油醚单体、4，4′-二羟基联苯二缩水甘油醚单体、双酚AF二缩水甘油醚单体、对苯二酚二缩水甘油醚单体、对苯二甲醇二缩水甘油醚单体、双酚F二缩水甘油醚单体、癸二醇二缩水甘油醚单体、环己烷二甲醇二缩水甘油醚单体、双酚A二缩水甘油醚单体等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施方式中，所述含活性氢的含磷化合物选自9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和/或5，10-二氢-磷杂吖嗪-10-氧化物(DPPA)等，但不限于此。
在一些实施方式中，所述含活性氢的含磷化合物、式(III)所示化合物与式(IV)所示化合物的摩尔比为1∶1∶3～12。
在一些实施方式中，所述式(III)所示化合物优选可以是4，4′-二羟基二苯甲酮、2-甲基-4，4′-二羟基二苯甲酮、4，4′-二羟-3-甲氧基二苯甲酮、4，4′-二羟基-3，3′-二己氧基二苯甲酮、4，4′-二羟基-3-环庚基二苯甲酮、4，4′-二羟基-3-苯氧基二苯甲酮、4，4′-二羟基-3-己氧基二苯甲酮、3-己基-4，4′-二羟基二苯甲酮等，但不限于此。
在一些实施方式中，所述式(IV)所示化合物优选可以是苯酚、愈创木酚、邻甲酚、邻乙基苯酚、麝香草酚、香芹酚、邻环庚基苯酚、邻苯氧基酚、邻苯基苯酚、间氧己基苯酚等，但不限于此。
进一步地，所述酸性催化剂可以为有机酸、无机酸和路易斯酸中的任意一种或两种以上的组合，例如，所述无机酸可以是磷酸、硫酸、硝酸、硼酸等，但不限于此。例如，所述有机酸可以是对甲苯磺酸、三氟乙酸、氨基苯磺酸、草酸、乙酸、柠檬酸等，但不限于此。例如，所述路易斯酸可以是氯化铁、溴化铁、氯化锌、三氟化硼、三氯化铝等，但不限于此。
进一步地，所述酸性催化剂与含活性氢的含磷化合物的质量比为3～6∶100，即酸性催化剂为含活性氢的含磷化合物质量的3～6wt％。
在一些实施方式中，所述阻燃三酚单体、二官能度环氧单体与相转移催化剂的摩尔比为1∶3～9∶0.03～0.06。
在一些实施方式中，所述有机溶剂比为四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施方式中，所述相转移催化剂包括四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、四丁基氯化铵、四丁基碘化铵、苄基三乙基溴化铵等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
综上，本发明提供的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，该单体在含有大量阻燃元素的同时，还具有高度的支化结构；制备方法简单，操作易懂，反应条件可控，易于实施，适于大规模工业化生产。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种超支化环氧树脂改性组合物，其包括：前述任一种A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体、环氧固化剂和固化促进剂。
进一步地讲，所述超支化环氧树脂改性组合物包括以下四个组分：
(A)前述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
(B)一种或多种二官能度环氧树脂前驱体；
(C)一种或多种环氧固化剂；
(D)固化促进剂。
其中，所述组分A：A3+B2型超支化环氧树脂前驱体具有如式(I)中所示的结构：
Figure BDA0002892373900000091
其中，X为
Figure BDA0002892373900000092
Y包括以下结构中的任一种：
Figure BDA0002892373900000093
Figure BDA0002892373900000101
为
Figure BDA0002892373900000102
2＜n＜10；
其中，R1包括
Figure BDA0002892373900000103
R2～R11均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基。
在一些实施方式中，所述组分B二官能度环氧树脂前驱体包括常见的二缩水甘油醚、二缩水甘油酯、二缩水甘油胺以及四缩水甘油胺等中的任意一种或两种以上的组合的树脂单体和/或树脂单体低聚物。
进一步地，所述组分B二官能度环氧树脂前驱体更具体的可以是双酚A二缩水甘油醚、对苯二甲酸二缩水甘油酯、对苯二胺四缩水甘油胺、对苯二甲醇二缩水甘油醚、双酚AF二缩水甘油醚、萘苯二氨四缩水甘油胺、双酚F二缩水甘油醚、环己烷二甲醇二缩水甘油醚等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，以上结构的低聚物的聚合度为1～10。
在一些实施方式中，组分C环氧固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂等，但不限于此。
进一步地，所述胺类固化剂选自间苯二胺、二氨基二苯甲烷(DDM)、间苯二甲胺、二胺基二苯砜(DDS)、联苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、对苯二甲胺、联邻甲苯胺等刚性二元胺中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述酸酐类固化剂选自高酞酸酐、联苯酸酐、苯基马来酸酐、偏苯三酸酐、邻苯二甲酸酐、苯基琥珀酸酐、均苯四甲酸二酐、1，8-萘二酸酐、1，2-萘二酸酐、2，3-吡嗪二酸酐、3-羟基苯二甲酸酐、2，3-萘二羧酸酐、2，3-吡啶二羧酸酐等刚性酸酐中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施方式中，所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与二官能度环氧树脂前驱体的质量比为1～5∶10。
在一些实施方式中，所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体的环氧当量值的总和与环氧固化剂的活性氢或酸酐基团当量值之比为100∶(10～100)，亦即，换一种角度讲，所述组分A和B的环氧当量值(摩尔数)与组分C环氧固化剂的活性氢或酸酐基团当量值(摩尔数)的配比范围比例是100∶(10～100)。
在一些实施方式中，组分D固化促进剂包括叔胺、叔胺盐、季铵盐、咪唑类化合物、有机磷化合物、乙酰丙酮金属盐、羧酸金属盐、三氟化硼胺络合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。具体的，所述固化促进剂可以是2-甲基咪唑、二甲基苯基胺、乙酰丙酮锌、三乙醇胺、十六烷基二甲基苄基铵、三氟化硼乙胺等，但不限于此。
在一些实施方式中，所述固化促进剂与所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体和环氧固化剂的组合的质量比为0.05～0.5∶100，亦即，组分D固化促进剂相对于组分A、组分B和组分C总质量是0.05％～0.5％。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种超支化环氧树脂改性组合物的固化物(即前述的超支化环氧树脂固化物)的制备方法，包括：使前述任一种超支化环氧树脂改性组合物于100～180℃范围内进行梯度固化，最终得到超支化环氧树脂固化物。
进一步地，所述超支化环氧树脂改性组合物的固化物由以下四个组分制备得到：
(A)前述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
(B)一种或多种二官能度环氧树脂前驱体；
(C)一种或多种环氧固化剂；
(D)固化促进剂。
在一些实施方式中，所述超支化环氧树脂改性组合物的固化物的制备方法包括：将组分A即A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、组分B二官能度环氧树脂前驱体、组分C环氧固化剂和组分D固化促进剂在100～120℃温度范围内进行搅拌混合；随后，将得到的组合物在120～180℃温度范围内进行梯度固化，最终得到固化物。
其中，所述二官能度环氧树脂前驱体、环氧固化剂、固化促进剂的种类选择均如前所述，此处不再赘述。
进一步的，本发明实施例的另一个方面提供了由前述方法制备的超支化环氧树脂固化物，其冲击强度为30～100kJ/m2，阻燃性能至少为V1级及以上。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述超支化环氧树脂改性组合物或超支化环氧树脂固化物于复合材料领域中的用途。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种具有耐高低温冲击和耐热阻燃结构的装置，所述耐高低温冲击和耐热阻燃结构包含前述的超支化环氧树脂固化物。
综上所述，本发明提供的超支化环氧树脂改性组合物，其对应的固化物在保持优异阻燃性的同时，兼具优异的耐冲击性能，适用于对聚合物材料有高耐冲击和高阻燃要求的高端应用领域，例如可以作为一种高性能的特种功能型环氧树脂在复合材料领域进行应用。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，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。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
如下实施例中，固化物的阻燃性能采用垂直燃烧测试仪进行测定，其中在垂直燃烧测试中V0为最高级别。所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体的核磁数据采用布鲁克公司(Bruker)的400AVANCE III型波谱仪(Spectrometer)测定，400MHz，氘代氯仿(CDCl3)，氘代二甲基亚砜(DMSO)。
实施例1
(1)将1份4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.05份甲基磺酸在100℃下溶解在3份苯酚中，并在此温度下反应36小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和3份双酚A二缩水甘油醚单体、0.06份苄基三乙基溴化铵溶解于N，N-二甲基乙酰胺存在下，160℃反应6小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体(2＜n＜10)，其核磁共振氢谱图如图1中所示。
Figure BDA0002892373900000121
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与双酚A二缩水甘油醚按照1∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂二氨基二苯基甲烷按照环氧基团和胺基活泼氢1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.05％的三氟化硼乙胺进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物的冲击强度为35.2kJ/m，阻燃性能为V1级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例2
(1)将1份4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DPPA及0.05份草酸在120℃下溶解在4份愈创木酚中，并在此温度下反应18小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和3份4，4′-二羟基二苯硫醚二缩水甘油醚单体、0.03份四丁基碘化铵溶解于N，N-二甲基甲酰胺存在下，80℃反应24小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体(2＜n＜10)，
Figure BDA0002892373900000131
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与萘苯二氨四缩水甘油胺按照2∶8的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂二氨基二苯基甲烷按照环氧基团和胺基活泼氢1比0.7进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.35％的十六烷基二甲基苄基铵进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物的冲击强度为37.1kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例3
(1)将1份2-甲基-4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.06份三氟化硼在130℃下溶解在12份邻甲酚中，并在此温度下反应12小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和4份，4，4′-二羟基二苯醚二缩水甘油醚单体、0.06份四丁基氯化铵溶解于二氧六环中，140℃反应10小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000141
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与双酚F二缩水甘油醚按照3∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂对苯二胺按照环氧基团和胺基活泼氢1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.15％的三乙醇胺进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为42.0kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例4
(1)将1份4，4′-二羟-3-甲氧基二苯甲酮、1份DOPO及0.03份柠檬酸在100℃下溶解在12份邻乙基苯酚中，并在此温度下反应36小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和5份4，4′-二羟基联苯二缩水甘油醚单体、0.04份三辛基甲基氯化铵溶解于二甲基亚砜中，90℃反应20小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000151
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与双酚A二缩水甘油醚按照2∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂联苯二胺按照环氧基团和胺基活泼氢1比0.9进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.1％的乙酰丙酮锌进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为35.6kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例5
(1)将1份4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.06份溴化铁在105℃下溶解在6份麝香草酚中，并在此温度下反应14小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和7份双酚AF二缩水甘油醚单体、0.03份四丁基硫酸氢铵溶解于四氢呋喃中，80℃反应24小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000161
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二甲酸二缩水甘油酯按照2∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂间苯二胺按照环氧基团和胺基活泼氢1比0.6进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.09％的二甲基苯基胺进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为41.2kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例6
(1)将1份4，4′-二羟基-3，3′-二己氧基二苯甲酮、1份DPPA及0.06份三氟乙酸在115℃下溶解在12份香芹酚中，并在此温度下反应16小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和8份对苯二酚二缩水甘油醚单体、0.05份十四烷基三甲基氯化铵溶解于四氢呋喃与二甲基亚砜的混合溶剂中，140℃反应6小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000162
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与环己烷二甲醇二缩水甘油醚按照4∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂间苯二胺按照环氧基团和胺基活泼氢1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.25％的2-甲基咪唑进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为51.0kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例7
(1)将1份4，4′-二羟基-3-环庚基二苯甲酮、1份DPPA及0.04份对甲苯磺酸在125℃下溶解在5份邻环庚基苯酚中，并在此温度下反应20小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和9份对苯二甲醇二缩水甘油醚单体、0.04份苄基三乙基氯化铵溶解于二氧六环与二甲基亚砜的混合溶剂中，120℃反应12小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000171
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与环己烷二甲醇二缩水甘油醚按照5∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂甲基六氢苯酐按照环氧基团和酸酐基团1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.5％的二甲基苯基胺进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为68.2kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例8
(1)将1份4，4′-二羟基-3-苯氧基二苯甲酮、1份DOPO及0.03份磷酸在100℃下溶解在12份邻苯氧基酚中，并在此温度下反应36小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和8份双酚F二缩水甘油醚、0.03份四丁基溴化铵溶解于N，N-二甲基甲酰胺与N，N-二甲基乙酰胺的混合溶剂中，100℃反应18小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000181
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二胺四缩水甘油胺按照1∶9的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂1，2-萘二酸酐按照环氧基团和酸酐基团1比0.8进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.3％的乙酰丙酮锌进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为35.0kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例9
(1)将1份4，4′-二羟基-3-己氧基二苯甲酮、1份DOPO及0.04份硼酸在130℃下溶解在6份邻苯基苯酚中，并在此温度下反应12小时得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和7份二官能度环氧单体、0.05份十四烷基三甲基氯化铵溶解于N，N-二甲基甲酰胺与二氧六环的混合溶剂中，90℃反应22小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000191
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与双酚A二缩水甘油醚按照4∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂2，3-吡嗪二酸酐按照环氧基团和酸酐基团1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.1％的三乙醇胺进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为45.2kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例10
(1)将1份3-己基-4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.06份磷酸在125℃下溶解在10份间氧己基苯酚中，并在此温度下反应32小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和6份癸二醇二缩水甘油醚、0.06份四丁基氯化铵溶解于N，N-二甲基乙酰胺与二甲基亚砜中，80℃反应24小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000192
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二甲醇二缩水甘油醚按照5∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂邻苯二甲酸酐按照环氧基团和酸酐基团1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.05％的十六烷基二甲基苄基铵络合物进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为89.3kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例11
(1)将1份4，4′-二羟基-3，3′-二己氧基二苯甲酮、1份DPPA及0.06份三氟乙酸在115℃下溶解在12份香芹酚中，并在此温度下反应16小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和8份环己烷二甲醇二缩水甘油醚、0.05份十四烷基三甲基氯化铵溶解于四氢呋喃与二甲基亚砜的混合溶剂中，140℃反应6小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000201
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二甲醇二缩水甘油醚按照2∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂联苯二胺按照环氧基团和胺基活泼氢1比0.2进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.25％的2-甲基咪唑进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为55.1kJ/m，阻燃性能为V1级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例12
(1)将1份4，4′-二羟基-3-环庚基二苯甲酮、1份DPPA及0.04份对甲苯磺酸在125℃下溶解在5份邻环庚基苯酚中，并在此温度下反应20小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和8份双酚A二缩水甘油醚单体、0.04份苄基三乙基氯化铵溶解于二氧六环与二甲基亚砜的混合溶剂中，120℃反应12小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000211
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与环己烷二甲醇二缩水甘油醚按照4∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂高酞酸酐按照环氧基团和酸酐基团1比0.3进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.5％的二甲基苯基胺进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为75.2kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例13
(1)将1份4，4′-二羟基-3-苯氧基二苯甲酮、1份DOPO及0.03份磷酸在100℃下溶解在12份邻苯氧基酚中，并在此温度下反应36小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和4份双酚AF二缩水甘油醚、0.03份四丁基溴化铵溶解于N，N-二甲基甲酰胺与N，N-二甲基乙酰胺的混合溶剂中，100℃反应18小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000221
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二胺四缩水甘油胺按照4∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂1，2-萘二酸酐按照环氧基团和酸酐基团1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.3％的乙酰丙酮锌进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为45.2kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例14
(1)将1份3-己基-4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.06份磷酸在130℃下溶解在10份间氧己基苯酚中，并在此温度下反应36小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和8份癸二醇二缩水甘油醚、0.06份四丁基氯化铵溶解于二甲基亚砜中，80℃反应24小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000222
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二甲醇二缩水甘油醚按照5∶10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂二氨基二苯甲烷按照环氧基团和活泼氢1比1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.05％的十六烷基二甲基苄基铵络合物进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为100.0kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例15
(1)将1份3-己基-4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.06份磷酸在130℃下溶解在10份间氧己基苯酚中，并在此温度下反应36小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和7份癸二醇二缩水甘油醚、0.06份四丁基氯化铵溶解于二甲基亚砜中，80℃反应24小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000231
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二甲醇二缩水甘油醚按照5：10的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂二氨基二苯甲烷按照环氧基团和活泼氢1比0.1进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.05％的十六烷基二甲基苄基铵络合物进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为120.0kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
实施例16
(1)将1份3-己基-4，4′-二羟基二苯甲酮、1份DOPO及0.06份磷酸在125℃下溶解在10份间氧己基苯酚中，并在此温度下反应32小时，得到阻燃三酚单体；
(2)将1份阻燃三酚单体和9份双酚A二缩水甘油醚、0.06份四丁基氯化铵溶解于N，N-二甲基乙酰胺与二甲基亚砜中，80℃反应24小时，后经沉降干燥后，得到A3+B2型超支化环氧树脂前驱体；
Figure BDA0002892373900000241
(3)将得到的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与对苯二甲醇二缩水甘油醚按照3∶7的质量比混合均匀，随后将得到的混合物1与固化剂邻苯二甲酸酐按照环氧基团和酸酐基团1比0.75进行混合得到混合物2，并加入混合物2总质量0.05％的十六烷基二甲基苄基铵络合物进行预固化，最终在真空烘箱中100～120℃温度范围内进行搅拌混合；随后，将得到的组合物在120～180℃温度范围内进行梯度固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物冲击强度为43.0kJ/m，阻燃性能为V0级，适合阻燃和耐冲击方面的应用。
对比例1
将按照环氧基团和氨基活泼氢1比1的双酚A二缩水甘油醚与二氨基二苯甲烷混合均匀，并加入混合物总质量0.05％的2-甲基咪唑进行预固化，最终在真空烘箱中180℃进行后固化2h，得到环氧树脂固化产物。所得固化产物的冲击强度为19.3kJ/m，阻燃级别无。
对比例2
该对比例与实施例1的区别之处在于：不包含步骤(1)和(2)，且将实施例1步骤(3)中的超支化环氧前驱体替换为DOPO。该对比例获得的产物的阻燃性能为V0，冲击强度为20.0kJ/m2。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种A3+B2型超支化环氧树脂前驱体，其特征在于，所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体具有如式(I)中所示的结构：
Figure FDA0002892373890000011
其中，X为
Figure FDA0002892373890000012
Y包括以下结构中的任一种：
Figure FDA0002892373890000021
Figure FDA0002892373890000025
为
Figure FDA0002892373890000022
2＜n＜10；
其中，R1包括
Figure FDA0002892373890000023
R2～R11均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基。
2.一种制备如权利要求1所述的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体的方法，其特征在于包括：
使包含含活性氢的含磷化合物、式(III)所示化合物、式(IV)所示化合物和酸性催化剂的第一混合反应体系于100～130℃进行缩合反应12～36h，制得如式(II)所示的阻燃三酚单体；
所述含活性氢的含磷化合物选自9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和/或5，10-二氢-磷杂吖嗪-10-氧化物；
Figure FDA0002892373890000024
其中，R1包括
Figure FDA0002892373890000031
R2～R7均独立地选自氢原子、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、苯基、苯氧基或C3～C7的环烷基；
使包含式(II)所示的阻燃三酚单体、二官能度环氧单体、相转移催化剂和有机溶剂的第二混合反应体系在惰性气氛下于80～160℃反应6～24h，制得A3+B2型超支化环氧树脂前驱体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述二官能度环氧单体包括二缩水甘油醚单体、4，4′-二羟基二苯硫醚二缩水甘油醚单体、4，4′-二羟基二苯醚二缩水甘油醚单体、4，4′-二羟基联苯二缩水甘油醚单体、双酚AF二缩水甘油醚单体、对苯二酚二缩水甘油醚单体、对苯二甲醇二缩水甘油醚单体、双酚F二缩水甘油醚单体、癸二醇二缩水甘油醚单体、环己烷二甲醇二缩水甘油醚单体、双酚A二缩水甘油醚单体中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述含活性氢的含磷化合物、式(III)所示化合物与式(IV)所示化合物的摩尔比为1∶1∶3～12；和/或，所述酸性催化剂包括有机酸、无机酸和路易斯酸中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述酸性催化剂与含活性氢的含磷化合物的质量比为3～6∶100。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述阻燃三酚单体、二官能度环氧单体与相转移催化剂的摩尔比为1∶3～9∶0.03～0.06；
和/或，所述相转移催化剂包括四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、四丁基氯化铵、四丁基碘化铵、苄基三乙基溴化铵中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述有机溶剂包括四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的任意一种或两种以上的组合。
5.一种超支化环氧树脂改性组合物，其特征在于包括：权利要求1所述的A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体、环氧固化剂和固化促进剂。
6.根据权利要求5所述的超支化环氧树脂改性组合物，其特征在于：所述二官能度环氧树脂前驱体包括二缩水甘油醚、二缩水甘油酯、二缩水甘油胺、四缩水甘油胺中的任意一种或两种以上的组合的树脂单体和/或树脂单体低聚物，优选包括双酚A二缩水甘油醚、萘苯二氨四缩水甘油胺、双酚F二缩水甘油醚、对苯二甲酸二缩水甘油酯、环己烷二甲醇二缩水甘油醚、对苯二胺四缩水甘油胺、对苯二甲醇二缩水甘油醚中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求5所述的超支化环氧树脂改性组合物，其特征在于：所述环氧固化剂包括胺类固化剂和/或酸酐类固化剂，优选的，所述胺类固化剂包括间苯二胺、二氨基二苯甲烷、间苯二甲胺、二胺基二苯砜、联苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、对苯二甲胺、联邻甲苯胺中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述酸酐类固化剂包括高酞酸酐、联苯酸酐、苯基马来酸酐、偏苯三酸酐、邻苯二甲酸酐、苯基琥珀酸酐、均苯四甲酸二酐、1，8-萘二酸酐、1，2-萘二酸酐、2，3-吡嗪二酸酐、3-羟基苯二甲酸酐、2，3-萘二羧酸酐、2，3-吡啶二羧酸酐中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体与二官能度环氧树脂前驱体的质量比为1～5∶10；
和/或，所述A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体的环氧当量值的总和与环氧固化剂的活性氢或酸酐基团当量值之比为100：(10～100)；
和/或，所述固化促进剂包括叔胺、叔胺盐、季铵盐、咪唑类化合物、有机磷化合物、乙酰丙酮金属盐、羧酸金属盐、三氟化硼胺络合物中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述固化促进剂与A3+B2型超支化环氧树脂前驱体、二官能度环氧树脂前驱体、环氧固化剂的组合的质量比为0.05～0.5∶100。
8.一种超支化环氧树脂固化物的制备方法，其特征在于包括：使权利要求5-7中任一项所述超支化环氧树脂改性组合物于100～180℃进行梯度固化。
9.由权利要求8所述方法制备的超支化环氧树脂固化物，其特征在于，所述超支化环氧树脂固化物的冲击强度为30～100kJ/m2，阻燃性能在V1级以上。
10.权利要求5-7中任一项所述超支化环氧树脂改性组合物或权利要求9所述的超支化环氧树脂固化物于复合材料领域中的用途。
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