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CN110183822A - 一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法 - Google Patents

一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法 Download PDF

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CN110183822A CN201910552936.8A CN201910552936A CN110183822A CN 110183822 A CN110183822 A CN 110183822A CN 201910552936 A CN201910552936 A CN 201910552936A CN 110183822 A CN110183822 A CN 110183822A
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Abstract

本发明涉及一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法。制备步骤如下：(1)A组分的制备；(2)B组分的制备；(3)将A、B两组分按重量比100:28‑100:35，在室温下搅拌5‑20min，并混合均匀，混合均匀的树脂固化成型，然后在80℃下固化2‑8h，即可。本发明的技术方案中的聚硅氧烷型增韧剂与环氧树脂组合物具有很好的相容性，与活性稀释剂混合、固化后能共同增韧环氧树脂体系。所得环氧树脂组合物的凝胶时间为370‑402min，所得环氧树脂制品适用于对冲击韧性有较高要求的制品。此外，该环氧树脂组合物的制备工艺简单，适宜规模化推广应用。

Description

一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法
技术领域
本发明涉及环氧树脂组合物的制备，尤其是一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法。
背景技术
环氧树脂材料具有良好的耐腐蚀性能，粘结性能，低收缩率，与金属材料相比，具有质量轻、强度高等优点。但由于环氧树脂本身的化学结构决定了其冲击韧性、断裂伸长率和阻燃性能均较差；需要进一步说明的是，目前国内生产的环氧树脂组合物凝胶时间较短，而且通常在树脂体系中加入大量的固体填料来增强树脂体系的力学性能，这样容易导致树脂体系的粘度较大，从而限制其只适用于手糊成型工艺，不能满足大型复合材料的真空导流成型要求，如：大型风电叶片、轨道空调产品、运动器材的制造，所以科研人员通过对环氧树脂组合物的改性以期获得性能更好的产品。
中国专利CN102061064A公开了一种由环氧树脂，反应稀释剂和硬化剂(胺和咪唑类化合物)组成的环氧树脂体系，23℃下的凝胶时间仅仅为10-60min，不适合手糊和导流大型部件。需要指出的是该发明专利所述的促进剂酚类化合物的毒性非常大，其与细胞原浆中蛋白质发生化学反应，进而侵入神经中枢，刺激脊髓，最终会导致全身中毒。
中国专利CN101186744A公开了一种由环氧树脂，反应稀释剂和硬化剂(胺和咪唑类化合物)组成的环氧树脂体系，其树脂/固化剂需要的凝胶时间较长(＞200min)，不适合手糊工艺。
中国专利201310483288.8申请公开了一种中低温快速固化增强用环氧树脂材料的制备方法，其树脂/固化剂体系和中国发明专利CN101186744A大体组分一致，但其环氧树脂体系在50-70℃的凝胶时间只需15-55min。这可能是由于在固化剂组分中添加了酸酐，但由于酸酐易水解而使得耐湿性能变差，并且存在不容易进行化学改性等缺点。
因此，对于寻找(1)一种无毒或者低毒性的组合物，(2)与环氧树脂体系有很好的相容性的增韧剂，(3)合适的凝胶时间和固化时间，(4)适合于真空导流成型用环氧树脂组合物具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种制备工艺简单、适合真空导流工艺成型的高韧性环氧树脂组合物的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，制备步骤如下：
(1)A组分的制备
将环氧树脂80-100份，活性稀释剂20-30份，聚硅氧烷型增韧剂10-20份投入反应釜内，加温至60-85℃，以200-400r/min的搅拌速度搅拌2-8h，抽真空5-30min后停止搅拌，冷却；
(2)B组分的制备
脂肪族胺5-30份，脂环族胺5-30份投入反应釜内，升温至30-65℃，以200-400r/min的搅拌速度搅拌0.5-2h，抽真空5-20min后停止搅拌，冷却；
(3)将A、B两组分按重量比100:28-100:35，在室温下搅拌5-20min，并混合均匀，混合均匀的树脂固化成型，然后在80℃下固化2-8h，即可。
作为对本发明的限定，本发明所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种。
作为对本发明的限定，本发明所述的活性稀释剂选自丁基缩水甘油醚、芳基缩水甘油醚中的一种。
作为对本发明的限定，本发明所述的聚硅氧烷型增韧剂是由甲基丙烯酸，端羟基硅油和3-氨丙基三甲氧基硅烷在催化剂二月桂酸二丁基锡的作用下制得，其反应方程式如下式(1)所示：
作为对本发明的限定，本发明所述的脂肪族胺选自三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或两种。
作为对本发明的限定，本发明所述的脂环族胺为异佛尔酮二胺。
除上述说明以外，本发明还取得了以下有益效果：
本发明的技术方案中的聚硅氧烷型增韧剂与环氧树脂组合物具有很好的相容性，与活性稀释剂混合、固化后能共同增韧环氧树脂体系。此外，该类化合物中存在的带氨基基团的硅烷还能起到偶联剂的作用，能改善树脂与增强材料界面性能的作用。
本发明所得环氧树脂组合物的凝胶时间为370-402min，所得环氧树脂制品适用于对冲击韧性有较高要求的制品。此外，该环氧树脂组合物的制备工艺简单，适宜规模化推广应用。
具体实施方式
本发明将就以下实施例作进一步说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
实施例1：
一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，制备步骤如下：
(1)A组分的制备
将双酚A型环氧树脂80份，丁基缩水甘油醚20份，聚硅氧烷型增韧剂10份投入反应釜内，加温至60℃，以200r/min的搅拌速度搅拌2h，抽真空5min后停止搅拌，冷却后将树脂装入包装桶一内；
(2)B组分的制备
三乙烯四胺5份，异佛尔酮二胺30份投入反应釜内，升温至30℃，以200r/min的搅拌速度搅拌0.5h，抽真空5min后停止搅拌，冷却至室温后装入包装桶二内；
(3)将A、B两组分按重量比100:35，在室温下搅拌5min，并混合均匀，混合均匀的树脂可根据所用模具在室温下固化成型，然后在80℃下固化8h，即可。
实施例2：
一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，制备步骤如下：
(1)A组分的制备
将双酚F型环氧树脂100份，芳基缩水甘油醚30份，聚硅氧烷型增韧剂20份投入反应釜内，加温至85℃，以400r/min的搅拌速度搅拌8h，抽真空30min后停止搅拌，冷却后将树脂装入包装桶一内；
(2)B组分的制备
四乙烯五胺30份，异佛尔酮二胺5投入反应釜内，升温至65℃，以400r/min的搅拌速度搅拌2h，抽真空20min后停止搅拌，冷却至室温后装入包装桶二内；
(3)将A、B两组分按重量比100:28，在室温下搅拌20min，并混合均匀，混合均匀的树脂可根据所用模具在室温下固化成型，然后在80℃下固化2h，即可。
实施例3：
一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，制备步骤如下：
将双酚F型环氧树脂90份，芳基缩水甘油醚25份，聚硅氧烷型增韧剂15份投入反应釜内，加温至70℃，以300r/min的搅拌速度搅拌6h，抽真空20min后停止搅拌，冷却后将树脂装入包装桶一内；
(2)B组分的制备
三乙烯四胺5份,四乙烯五胺5份，异佛尔酮二胺25份投入反应釜内，升温至50℃，以300r/min的搅拌速度搅拌1h，抽真空10min后停止搅拌，冷却至室温后装入包装桶二内；
(3)将A、B两组分按重量比100:30，在室温下搅拌15min，并混合均匀，混合均匀的树脂可根据所用模具在室温下固化成型，然后在80℃下固化7h，即可。
对比例1：
将双酚F型环氧树脂105份，芳基缩水甘油醚25份投入反应釜内，加温至70℃，以300r/min的搅拌速度搅拌6h，抽真空20min后停止搅拌，冷却后将树脂装入包装桶一内；
(2)B组分的制备
三乙烯四胺5份,四乙烯五胺5份，异佛尔酮二胺25份投入反应釜内，升温至50℃，以300r/min的搅拌速度搅拌1h，抽真空10min后停止搅拌，冷却至室温后装入包装桶二内；
(3)将A、B两组分按重量比100:30，在室温下搅拌15min，并混合均匀，混合均匀的树脂可根据所用模具在室温下固化成型，然后在80℃下固化7h，即可。
对比例2：
将双酚F型环氧树脂90份，聚硅氧烷型增韧剂40份投入反应釜内，加温至70℃，以300r/min的搅拌速度搅拌6h，抽真空20min后停止搅拌，冷却后将树脂装入包装桶一内；
(2)B组分的制备
三乙烯四胺5份,四乙烯五胺5份，异佛尔酮二胺25份投入反应釜内，升温至50℃，以300r/min的搅拌速度搅拌1h，抽真空10min后停止搅拌，冷却至室温后装入包装桶二内；
(3)将A、B两组分按重量比100:30，在室温下搅拌15min，并混合均匀，混合均匀的树脂可根据所用模具在室温下固化成型，然后在80℃下固化7h，即可。
表1
试验 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
混合后粘度/mPa·s 198 220 194 172 301
可操作时间/min 387 353 368 275 282
凝胶时间/min 402 370 391 305 319
拉伸强度/MPa 74 80 77 57 84
冲击韧性/kJ/m<sup>2</sup> 64 70 66 42 73
表1为制得的树脂性能的测试数据，由表1的实施例3对比例1-2的数据可知，当只加入一定的活性稀释剂后，固化后环氧树脂组合物的拉伸强度和冲击韧性性能一般，而加入聚硅氧烷型增韧剂的环氧树脂组合物配方(对比例2)，固化后的树脂材料具有较高的拉伸强度和冲击韧性，但是树脂体系的粘度偏高，凝胶时间较短，不适合真空导流工艺；而我们的实施例1-3是加入活性稀释剂和聚硅氧烷型增韧剂能共同增韧环氧树脂组合物，并取得了较好的综合力学性能，特别是具有较高的拉伸强度和冲击韧性。
需要指出的是，适合的粘度对真空灌注工艺是非常有必要的。由表1的数据可知：本发明所涉及的实施例1-3的树脂混合粘度适中，可操作时间、凝胶时间完全符合实际的生产需要，适合于真空导流工艺的轨道交通、新能源或运动器材领域。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：
(1)A组分的制备
将环氧树脂80-100份，活性稀释剂20-30份，聚硅氧烷型增韧剂10-20份投入反应釜内，加温至60-85℃，以200-400r/min的搅拌速度搅拌2-8h，抽真空5-30min后停止搅拌，冷却；
(2)B组分的制备
脂肪族胺5-30份，脂环族胺5-30份投入反应釜内，升温至30-65℃，以200-400r/min的搅拌速度搅拌0.5-2h，抽真空5-20min后停止搅拌，冷却；
(3)将A、B两组分按重量比100:28-100:35，在室温下搅拌5-20min，并混合均匀，混合均匀的树脂固化成型，然后在80℃下固化2-8h，即可。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述的活性稀释剂选自丁基缩水甘油醚、芳基缩水甘油醚中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述的聚硅氧烷型增韧剂是由甲基丙烯酸，端羟基硅油和3-氨丙基三甲氧基硅烷在催化剂二月桂酸二丁基锡的作用下制得，其反应方程式如下式(1)所示：
5.根据权利要求1所述的一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述的脂肪族胺选自三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述的脂环族胺为异佛尔酮二胺。
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