一种用于环氧树脂体系的固化剂及其应用方法与流程

本发明涉及本发明属于环氧树脂材料技术领域，尤其涉及一种用于环氧树脂体系的固化剂及其应用方法。

背景技术：

酸酐化合物可用于环氧树脂固化剂，具有挥发性低、易操作、收缩率低及电性能优良等优点。但酸酐化合物熔点高，在固化环氧树脂过程中易因高温而产生内应力，对材料力学性能造成不利影响。偏苯三酸酐作为环氧树脂固化剂，其环氧树脂固化物具有优良的耐热性、电性能、机械性能和抗药品性能，国外已用于耐热绝缘层压板、耐热电缆绝缘漆、粉末涂料和浇铸料中。但是，偏苯三酸酐单独作为环氧树脂固化剂时固化温度过高(180～200℃)，材料成型工艺性较差，对材料的各项性能造成不利影响，同时固化时间长，造成使用不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于环氧树脂体系的固化剂及其应用方法，用以降低偏苯三酸酐作为环氧树脂固化剂的固化温度、缩短固化时间，并能保持其原有的机械性能及热稳定性。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种用于环氧树脂体系的固化剂，它的分子式为C₂₃H₁₆O₁₀，结构式如式1所示，命名为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯。

上述固化剂在环氧树脂体系的应用方法，包括以下步骤：

(1)不加促进剂的情况下，按照固化剂用量是环氧树脂质量的50～70％，将两者混合均匀，并成型后，加热至100～120℃固化3～5h；

(2)将步骤(1)所得初步固化产物先于130～150℃时固化1～2h，接着于150～160℃时固化1～2h，得到固化后的环氧树脂材料。

上述固化剂在环氧树脂体系的另一种应用方法，包括以下步骤：

1)添加促进剂的情况下，按照促进剂的用量是环氧树脂质量的1～3％，固化剂的用量是环氧树脂质量的50～70％，备料，将固化剂和环氧树脂用有机溶剂溶解后，加入促进剂和或填料混合均匀，成型后，室温固化5～7h；

2)将步骤1)得到初步固化产物先于120～130℃固化1～2h，接着于140～150℃固化1～2h，得到固化后的环氧树脂材料。

按上述方案，所述促进剂为三乙胺、DMP-30等。

按上述方案，所述有机溶剂为丙酮、无水乙醇、邻苯二甲酸二丁酯、乙酸乙酯等中的一种或者任意几种。

按上述方案，所述有机溶剂的用量视实际情况而定，本发明有机溶剂的用量优选为环氧树脂质量的2～5％。

按上述方案，所述填料为滑石粉、钛白粉、气相二氧化硅、轻质碳酸钙、氢氧化铝等，具体用量视实际情况而定，本发明填料的用量为环氧树脂质量的1～10％。

上述两种应用方法中，所述成型为浇注成型、注射成型、树脂传递模塑成型、手糊成型等中的任意一种。

上述两种应用方法中，所述环氧树脂包括E51、E-44、WSR615、DER330、CYD128等环氧树脂。

本发明提供的固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯对环氧树脂的固化机理如图1所示，首先在第一阶段1,5-二偏苯三酸酐戊二酯的酸酐基团与促进剂开环形成氧负离子；在第二阶段，生成的氧负离子按亲核机理进攻环氧基形成交联。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1、本发明通过一种新型的环氧树脂固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯，用以降低酸酐化合物作为环氧树脂固化剂的固化温度，并保持其良好的使用稳定性，该种新型固化剂可以实际应用于环氧树脂灌封、粘接；纤维增强环氧树脂复合材料的成型工艺等，具有突出使用价值。

2、本发明从分子设计入手，提供了一种用1,5-戊二醇对氯化偏苯三酸酐进行化学改性的方法，从而得到一种新型固化剂，用以降低偏苯三酸酐作为环氧树脂固化剂的固化温度、缩短固化时间，并能保持其原有的机械性能及热稳定性。

附图说明

图1为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯﹣环氧树脂体系固化机理。

图2是实施例1中制备的1,5-二偏苯三酸酐戊二酯的红外光谱图。

图3是实施例1中制备的1,5-二偏苯三酸酐戊二酯分子的核磁氢谱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

本发明使用的原料1,5-二偏苯三酸酐戊二酯制备如下：偏苯三酸酐酰氯、1,5-戊二醇及碱的摩尔比为1：(0.6～1.0)：(1.5～2.5)，并在弱碱的催化下在-5～0℃恒温反应3～5h，经除杂后得到1,5-二偏苯三酸酐戊二酯。

实施例1

化合物1,5-二偏苯三酸酐戊二酯，其分子结构式如下所示：

上述化合物1,5-二偏苯三酸酐戊二酯的合成方法，具体步骤如下：

(1)按照质量比冰：氯化钙＝100：20配制冰盐，按摩尔比为1：0.6：1.5取偏苯三酸酐酰氯、1,5-戊二醇、DBU，溶剂乙酸乙酯用量为反应物体积的5～6倍；

将称取的偏苯三酸酐酰氯与溶剂乙酸乙酯混合于三口烧瓶中，往水浴锅中加入冰盐，三口烧瓶置于水浴锅中并启动磁力搅拌器，先使偏苯三酸酐酰氯溶解于乙酸乙酯，再将称取的1,5-戊二醇置于滴液管，25min内缓慢滴完，得到反应液；将DBU在30min内加入上述反应液中，然后控制反应温度为-5～0℃，反应3h，所得溶液呈白色，即为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯粗产物；

(2)除杂处理：粗产物中加入与其等体积的蒸馏水，摇匀后去水层以除去DBU盐；然后，所得剩余溶液中加入与其等体积的1,5-戊二醇，去除油层以除去大部分未完全取代的1,5-戊二醇酯；继续，往所得剩余液中加入与其等体积的1,5-戊二醇，混合后缓慢倒入饱和碳酸钠溶液中，静置析出的产物经过滤，即为纯净的1,5-二偏苯三酸酐戊二酯。

本实施例通过除杂处理得到纯白色固体，即为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯，在真空干燥箱中干燥至恒重，产率为81.8％。

图2为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯分子的红外光谱图，分析如下表，因此证实按照本发明所述方法得到的产物为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯。

图3为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯分子的核磁氢谱，分析如下表，因此证实按照本发明所述方法得到的产物为1,5-二偏苯三酸酐戊二酯。

一种新型固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯在环氧树脂体系的应用方法，其步骤如下：

(1)按质量份数计，称取CYD128环氧树脂100份，1,5-二偏苯三酸酐戊二酯60份，搅匀，然后将盛有混合物的容器置于超声波清洗器中震荡，取出即混合均匀，浇注、排泡，加热至120℃固化4h；

(2)后固化：将步骤(1)所得产物先于130℃时固化2h，接着于150℃时固化1h，得到固化后的环氧树脂材料。

实施例2

一种新型固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯在环氧树脂体系的应用方法，其步骤如下：

(1)按质量份数计，称取E44环氧树脂100份，1,5-二偏苯三酸酐戊二酯50份，用丙酮溶剂(丙酮用量为E44环氧树脂质量的5％)溶解后，加入2份促进剂三乙胺合均匀，经纤维浸胶手糊成型后，室温固化7h；

2)后固化：将步骤(1)所得产物先于130℃固化2h；接着于150℃固化2h，得到固化后的环氧树脂材料。

实施例3

一种新型固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯在环氧树脂体系的应用方法，其步骤如下：

(1)按质量份数计，称取WSR615环氧树脂100份，1,5-二偏苯三酸酐戊二酯60份，DMP-30促进剂1份备料，将固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯和E51环氧树脂用无水乙醇(无水乙醇用量为WSR615环氧树脂质量的5％)溶解后，加入促进剂DMP-30，经排泡、玻璃纤维增强RTM注射成型后，室温固化5h；

2)后固化：将步骤(1)所得产物先于130℃固化1.5h；接着于150℃固化1.5h，得到固化后的环氧树脂材料。

实施例4

一种新型固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯作在环氧树脂体系的应用方法，其步骤如下：

(1)按质量份数计，称取E51环氧树脂100份，1,5-二偏苯三酸酐戊二酯70份，滑石粉钙填料4份，促进剂三乙胺1.5份。将固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯和CYD128型环氧树脂用邻苯二甲酸二丁酯(邻苯二甲酸二丁酯用量为CYD128质量的5％)溶解后，加入促进剂三乙胺将三者混合均匀，并经碳纤维布手糊工艺成型，室温固化5h。

(2)后固化：将步骤(1)所得产物先于130℃固化1h；接着于140℃固化2h，得到固化后的环氧树脂材料。

由上述实施例4可知：本发明所述新型固化剂比较于偏苯三酸酐固化环氧树脂的固化温度降低了接近50℃，固化时间缩短了近40％，而且能使固化物具有优良的耐冲击性及高强度，拉伸强度为46Mpa，弯曲强度69Mpa，抗冲击强度38kJ/m²，相较偏苯三酸酐近200℃的固化温度，1,5-二偏苯三酸酐戊二酯的固化温度显著降低。当然，在新型固化剂1,5-二偏苯三酸酐戊二酯应用于环氧树脂体系时，投入促进剂和填料可以根据实际情况加以调整。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。