CN1489609A - 胶衣组合物 - Google Patents
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Abstract
包含(a)一种环氧氨酯,(b)一种除(a)之外的脂族或环脂族环氧树脂和(c)一种式Ia或Ib的化合物的组合物,其中A是一个(n+1)-价脂族或环脂族基团和n是一个0-5的整数。E是一个(m+1)-价脂族或环脂族基团和m是一个0-3的整数。X是-O-,-COO-或-CHR4-。R1和R2分别独立地是氢或甲基。R3是氢。R5是一个单价脂族或环脂族基团,或当X是-CHR4-时,R3和R4一起形成一个亚乙基。产生的固化产物具有高耐侯性和耐UV性且特别适合于作胶衣。
Description
本发明涉及环氧树脂组合物及其作为胶衣的用途。
设计成具有光滑光泽表面并要暴露于风和大气作用下的复合材料常涂有可固化聚合物涂层,即所谓的胶衣。
迄今,不饱和聚酯已主要用于此目的,例如,由JP-A 09-263692提出的化合物,或聚氨酯,如JP-A 11-021325所述的体系。
由于它们的脆性和耐侯性不足,迄今一直把环氧树脂看作仅在某些条件下适合于胶衣使用。
现已发现包含聚巯基多胺为硬化剂的特定环氧树脂组合物具有优良的加工性能,而且产生的固化产物在高耐侯性和非常好的耐UV性方面都非常突出,并因此而适合作胶衣组合物。
本发明涉及包含下列组分的组合物
(a)一种环氧氨酯,
(b)一种除(a)之外的脂族或环脂族环氧树脂,以及
(c)一种式Ia或Ib的化合物,
其中A是一个(n+1)-价脂族或环脂族基团和n是一个0-5的整数,
E是一个(m+1)-价脂族或环脂族基团和m是一个0-3的整数,
X是-O-,-COO-或-CHR4-,
R1和R2分别独立地是氢或甲基,
R3是氢,
R5是一个单价脂族或环脂族基团,或
当X是-CHR4-时,R3和R4一起形成一个亚乙基。
按照组分(a)的环氧氨酯可以由任何含羟基多环氧化合物与多异氰酸酯反应而成,要使用过量的多环氧化合物,使多异氰酸酯中的所有异氰酸酯基全都发生反应。
优选用一种含羟基多缩水甘油基化合物与一种脂族或环脂族多异氰酸酯的加成物作为组分(a)。
特别优选三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、季戊四醇三缩水甘油醚和甘油二缩水甘油醚。
原则上含至少2个异氰酸酯基的任何脂族或环脂族异氰酸酯都适用于制备环氧氨酯。
它们的实例包括己烷1,6-二异氰酸酯、环己烷1,2-二异氰酸酯、环己烷1,3-二异氰酸酯、环己烷1,4-二异氰酸酯、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。
优选使用环己烷二异氰酸酯、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯制备环氧氨酯。
适合于作组分(b)的是公知的脂族和环脂族环氧树脂。
脂族环氧树脂的实例包括非环醇,例如乙二醇、二甘醇、高级聚(氧乙烯)二醇、1,2-丙二醇、聚(氧丙烯)二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、聚(氧基四亚甲基)二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,4,6-己三醇、甘油、1,1,1-三羟甲基丙烷、季戊四醇和山梨糖醇的缩水甘油醚。
在本发明的内容中,环脂族环氧树脂是含环烯烃氧化物结构的树脂,如双(2,3-环氧基环戊基)醚、2,3-环氧基环戊基缩水甘油醚、1,2-双(2,3-环氧基环戊基氧基)乙烷或3,4-环氧基环己基甲基3′,4′-环氧基环己烷羧酸酯,或含环烷单元和缩水甘油基的树脂,如1,4-环己烷二甲醇、双(4-羟基环己基)甲烷和2,2-双(4-羟基环己基)丙烷的二缩水甘油醚或四氢化邻苯二甲酸、4-甲基四氢化邻苯二甲酸、六氢化邻苯二甲酸或4-甲基六氢化邻苯二甲酸的二缩水甘油酯。
作为组分(b),优选用3,4-环氧基环己基甲基3′,4′-环氧基环己烷羧酸酯、1,4-双(羟基甲基)环己烷二缩水甘油醚、六氢化邻苯二甲酸二缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和季戊四醇四缩水甘油醚。
在式Ia中,A原则上可以是一种环氧化合物的任何单价-至六价-基团。优选二-、三-和四-价基团。
脂族基团的实例包括亚乙基、亚丙基、四亚甲基、六亚甲基、聚(氧乙烯基)、聚(氧丙烯基)、聚(氧基四亚甲基)、2-甲基-1,5-戊二基、2,2,4-三甲基-1,6-己二基、2,4,4-三甲基-1,6-己二基以及脂族醇除去OH基以后的基团,例如三羟甲基丙烷、季戊四醇和二季戊四醇的基团。
环脂族基团包括,例如,环戊基、环己基、1,3-亚环戊基、4-甲基-1,3-亚环戊基、1,2-亚环己基、1,3-亚环己基、1,4-亚环己基、4-甲基-1,3-亚环己基、2,5-降冰片烷二基、2,6-降冰片烷二基、7,7-二甲基-2,5-降冰片烷二基、7,7-二甲基-2,6-降冰片烷二基、环己烷-1,3-二亚甲基、环己烷-1,4-二亚甲基、3-亚甲基-3,5,5-三甲基亚环己基(异佛尔酮)、降冰片烷-2,5-二亚甲基、降冰片烷-2,6-二亚甲基、7,7-二甲基降冰片烷-2,5-二亚甲基和7,7-二甲基降冰片烷-2,6-二亚甲基和环脂醇除去OH基以后的基团,例如,氢化双酚A和氢化双酚F的基团。
优选式Ia的化合物中的X是-O-和A是一个环脂族二醇的二价基团、异氰酸酯/多元醇加成物的二价-至四价-基团或三-至六-官能度脂族多元醇的三价-至六价-基团。
的四价基团。
在式Ia和Ib中,R5优选是C1-C20烷基或C5-C12环烷基,每个都是未取代的或被一个或多个氨基、羟基、C1-C8烷氧基或卤原子取代。
适合作R5的烷基有,例如,甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基、异丁基、仲-丁基、叔-丁基和各种异构戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基和十八烷基。
环烷基优选是C5-C8环烷基,尤其C5-或C6-环烷基。它们的实例包括环戊基、甲基环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
优选式Ia和Ib的化合物中R5是C2-C10烷基、C2-C10-氨基烷基、环己基或一个式H2N-Z-CH2-NH-的基团,其中Z是一个二价环脂族基团,或一个式为-(CH2CH2NH)k-CH2-的基团,其中k是2或3。
合适的基团Z是,例如,上述A的二价基团。
特别优选式Ia和Ib的化合物中R1是正丁基、正辛基、环己基、2-氨基乙基、4-(氨基甲基)戊基、5-氨基-2-甲基戊基、3-二甲基氨基丙基、3-甲基氨基丙基、4-氨基环己基或式-CH2CH2NHCH2CH2NH2,
或
的基团。
也优选式Ia或Ib的化合物中X是O-并且R1和R3是氢。
式Ia的化合物可按已知方法从下式IIa的环氧化合物制备:
其中A、X、R1、R3和n如上定义。
在这类方法中,式IIa的环氧化合物,在第一步反应中,通过与硫脲或与碱金属硫氰酸盐或硫氰酸铵,优选硫氰酸钾的反应,转化成式IIIa的环硫化合物:
在该方法中,硫脲或硫氰酸盐的用量最好使每一环氧当量配有0.8-1.2当量硫。
反应能在非质子或质子有机溶剂中或它们的混合物中进行。优选醇,例如甲醇或乙醇,和芳族烃如甲苯和二甲苯。加入共溶剂,如醚或羧酸能加速反应。
反应能在室温或高温下进行;优选的反应温度为60℃-100℃。
式IIIa的环硫化合物能通过过滤、萃取、相分离和随后挥发去溶剂而浓缩等方法分离去副产物而分离出来。
但是,对于式IIIa的环硫化合物,也可能以其在溶液中的粗产物形式直接作进一步加工而无需分离去除副产物。
然后将式IIIa的环硫化合物溶于一种非质子或质子有机溶剂中并在惰性气体(氩或氮)下与胺R5-NH-R2反应。胺的用量优选选择到使每个环硫基有1-10个NH基。
优选的溶剂是醇(例如甲醇、乙醇、叔丁醇)和芳族烃,如甲苯或二甲苯。
也优选以在上述溶剂之一中的溶液形式使用胺R1-NH2。
反应最好在高温下,优选在40-120℃下进行。
式Ia的化合物可以通过减压蒸馏去溶剂而分离出来。过量的胺R5-NH-R2也可以通过高温蒸馏除去。在本发明的一个具体实施方案中,用R5-NH-R2作为一种共硬化剂,在此情况下,不必分离式Ia与胺R5-NH-R2的产物;而可以把反应产物用作环氧树脂的硬化剂,而不必进一步处理。当用二元胺或多元胺时,尤其推荐这种方法。
式Ib的化合物能类似地从式IIb的相应环氧化合物制备
其中,X、R1、R3和R5如上定义。
环硫化合物也可以由,例如,相应的环氧化物与三苯基膦硫化物的反应而合成。
而且,环硫化合物能按已知的方法直接从相应的链烯烃制备,例如,通过与间-氯代过苯甲酸的反应和在有H2SO4存在下与硫脲的后续反应,通过在有铑催化剂存在下与硫化丙烯反应以及通过与(二乙氧基磷酰基)-亚磺基氯化物、(二乙氧基硫代磷酰基)-亚磺基溴化物、硫代二苯酮S-氧化物或双(三甲基甲硅烷基)硫化物反应而制成。
优选能用按照本发明的聚巯多胺与其它环氧硬化剂,特别与脂族或环脂族胺硬化剂组合。
因此本发明涉及一种包含下列组分的组合物:
(a)一种环氧氨酯,
(b)一种除(a)之外的脂族或环脂族环氧树脂,
(c)一种式Ia或Ib的化合物,以及
(d)一种脂族或环脂族多元胺。
适用多元胺(d)的实例是脂族或环脂族胺,例如正辛胺、1,3-丙二胺、2,2-二甲基-1,3-丙二胺(新戊二胺)、己二胺、二亚乙基三胺、双(3-氨基丙基)胺、N,N-双(3-氨基丙基)甲胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、1,2-和1,4-二氨基-环己烷、双(4-氨基环己基)甲烷、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷和3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环己胺(异佛尔酮二胺)和聚氨基酰胺,例如,从脂族多元胺与二聚或三聚脂肪酸生成的那些。适用的胺(d)也是Texaco制造的商品名为Jeffamines的聚氧亚烷基胺,例如,JeffameneEDR 148、D230、D400或T403。
也适用的多元胺(d)是1,14-二氨基-4,11-二噁十四烷、二亚丙基三胺、2-甲基-1,5-戊二胺、N,N′-二环己基-1,6-己二胺、N,N′-二甲基-1,3-二氨基丙烷、N,N′-二乙基-1,3-二氨基丙烷、N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷、二代聚氧丙烯-二-和三-胺、2,5-二氨基-2,5-二甲基己烷、双(氨基甲基)三环戊二烯、2,6-二(氨基甲基)降冰片烷、1,8-二氨基-对-甲烷、双(4-氨基-3,5-二甲基环己基)甲烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷和二戊胺。
作为按照本发明的物质混合物的组分(d),优选环脂族胺,尤其是异佛尔酮二胺。
在按照本发明的组合物中,组分(a)、(b)、(c)和任选的(d)的比例能在很宽范围内变化。最佳性能尤其取决于胺的类型且很易由本领域内的专业人员决定。
在按照本发明的组合物中,优选组分(a)∶(b)的重量比为10∶1-2∶1,尤其5∶1-3∶1。
组分(c)和任选的(d)的用量优选要使胺和硫醇的当量之和相对于1个环氧当量为0.5-2.0,尤其0.8-1.5以及优选0.9-1.2当量。
按照本发明的组合物可任选地包含促进剂,例如叔胺、咪唑或Ca(NO3)2·2H2O。
可固化混合物还可包含增韧剂,例如芯/壳聚合物或弹性体或含弹性体接枝聚合物,本领域专业人员称之为“橡胶增韧剂”。
适用的增韧剂在例如EP-A-449 776中已有所述。
可固化混合物还可包含填料,例如,玻璃粉、玻璃珠、半-金属氧化物和金属氧化物,例如SiO2(Aerosils,石英、石英粉、熔融二氧化硅粉)、刚玉和氧化钛、半金属氮化物和金属氮化物,例如氮化硅、氮化硼和氮化铝、半金属碳化物与金属碳化物(SiC)、金属碳酸盐(白云石、白垩、CaCO3)、金属硫酸盐(钡、锗)、地矿和主要来自硅酸盐系列的天然或合成矿物,例如沸石(尤其是分子筛)、滑石粉、云母、高岭土、硅灰石、膨润土等等。
按照本发明的组合物中填料含量优选为组合物总重量的5-30重量%。
除上述添加剂外,可固化混合物还可包含常用添加剂,如溶剂、抗氧剂、光稳定剂、增塑剂、染料、颜料、触变剂、增韧剂、增粘剂、抑泡剂、抗静电剂、润滑剂和脱模助剂。
按照本发明的环氧树脂组合物的固化,按环氧树脂技术中常用方法进行,如H.Lee和K.Neville 1967年编著的“环氧树脂手册”所述。
可固化混合物仅略有碳酸酯化倾向(发雾)。固化产物的突出优点是非常高的耐化学品性、耐侯性和耐UV性。
本发明还涉及通过固化按照本发明的组合物获得的交联产物。
按照本发明的组合物非常适用于作胶衣。
实施例:
I.式I化合物的制备
a)制备聚环硫化物的一般方法
将式II的多环氧化物溶于0.5-5倍的溶剂中,并在氮气氛下与硫脲或碱金属硫氰酸盐或硫氰酸铵(每一环氧当量配以0.8-1.2当量硫)在60℃-100℃搅拌,直到环氧含量实际上降至0。
在通过过滤、萃取或相分离分离出副产物之后,再通过溶剂挥发而浓缩,分离出聚环硫化物。
b)制备聚巯基多胺的一般方法
将聚环硫化合物溶于0.5-5倍溶剂中,并在氮气氛下剧烈搅拌,与同样溶于0.5-5倍溶剂中的胺相组合。胺的用量要选择到使每一个环硫化物基有1-10个NH2基团。在60℃-100℃搅拌0.2-3.0小时后,减压蒸馏去溶剂。为分离出式I的聚巯基多胺,要在高温真空下蒸馏去过量的胺。
本发明的一个实施方案无需除去过量的胺,且用胺R1-NH2与式I聚巯基多胺的混合物作为环氧树脂的硬化剂。
按照上述步骤,从正丁胺与1,4-双(羟基甲基)环己烷二缩水甘油醚制备下式Ia1的硫代烷基胺
在以下实施例中,用三羟甲基丙烷二缩水甘油醚的异佛尔酮二异氰酸酯加成物(环氧氨酯1)作为组分(a):
应用实施例
II.1由混合表1中给出的组分制备胶衣组合物
TMPTGE: 三羟甲基丙烷三缩水甘油醚
AW 1136 SP: 炭黑Printex V AW 1136 SP-黑颜料(Degussa)
HA 1681 Coathylen专用细粉HA 1681-触变剂,
低密度聚乙烯(Herberts Polymer Powders SA)
Aerosil H18:SiO2触变剂(Wacker Chemie)
IPD: 异佛尔酮二胺
TDMAP: 2,4,6-三[(3-二甲基氨基丙基)氨基甲基]苯酚
用刷子或辊子将该胶衣混合物涂布在已用脱模剂预处理过的阴模上。然后在约23-40℃的温度下预凝胶化该配方30-80分钟。然后铺上由编织玻璃纤维与一种树脂/硬化剂混合物组成的2-50mm层合材料,并在真空袋中压力下和60-90℃下完全固化4-10小时。冷却已完全固化的模制品并脱模取出。从制品上切取试样。
DSC测量:
完全固化后,用差示扫描量热法(DSC)(6小时/80℃)测量该胶衣的玻璃化转变温度Tg;作第二次扫描:取Tg起始值。
干燥时间测量:
用产自BYK Gardner的干燥时间测量仪,以相继两个干燥阶段之间的差别测量胶衣的干燥时间。
表1:
实施例 | 1 |
树脂组分:环氧氨酯1[g]TMPTGE[g]AW 1136 SP[g]HA 1681[g]TiO2[g]Aerosil H18[g] | 80202161 |
硬化剂组分硫代烷基胺Ia1[g]IPD[g]TDMAP[g] | 5262 |
Tg起始/Tg(DSC)[℃]干燥时间 | 48/5635-85min |
Claims (12)
2.一种按照权利要求1的组合物,它包含一种含羟基多缩水甘油基化合物和一种脂族或环脂族多异氰酸酯的加成物作为组分(a)。
3.一种按照权利要求2的组合物,其中,含羟基多缩水甘油基化合物选自三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、季戊四醇三缩水甘油醚和甘油二缩水甘油醚。
4.一种按照权利要求2的组合物,其中,脂族或环脂族多异氰酸酯选自环己烷二异氰酸酯、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。
5.一种按照权利要求1的组合物,它包含3,4-环氧基环己基甲基3′,4′-环氧基环己烷羧酸酯、1,4-双(羟基甲基)环己烷二缩水甘油醚、六氢化邻苯二甲酸二缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚或季戊四醇四缩水甘油醚作为组分(b)。
8.一种按照权利要求1的组合物,它还包含
(d)一种脂族或环脂族多元胺。
9.一种按照权利要求1的组合物,其中组分(a)∶(b)之重量比为10∶1-2∶1。
10.一种按照权利要求1的组合物,其中组分(c)和任选地(d)的含量要使胺和硫醇的当量之和,相对于一个环氧当量,为0.5-2.0当量。
11.一种通过固化按照权利要求1的组合物获得的交联产物。
12.按照权利要求1的组合物作为胶衣的用途。
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