低温固化应用的固化剂的制作方法_4

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平均值不一定为整数。t平均值为0-约7的聚合物材 料可用于本发明的一个方面。
[0076] 在另一方面,为酚醛清漆树脂缩水甘油醚的线型酚醛环氧树脂可作为本发明多官 能环氧树脂使用。在又另一方面,所述至少一种多官能环氧树脂为双酚A二缩水甘油醚 (DGEBA)、DGEBA的推进或较高分子量形式、双酚F二缩水甘油醚、线型酚醛环氧树脂或其任 何组合。通过推进方法制备DGEBA的较高分子量形式或衍生物,其中过量DGEBA与双酚A 反应,得到环氧基封端的产物。此类产物的环氧当量(EEW)为约450-3000或更高。因为这 些产物在室温下为固体,所以它们通常称为固体环氧树脂。
[0077] 因为它们的低成本和通常高的性能特性的组合,DGEBA或高级DGEBA树脂通常用 于涂料制剂。EEW为约174-约250,更通常约185-约195的商业级DGEBA可容易的得到。 在这些低分子量下,环氧树脂为液体,通常称为液体环氧树脂。本领域技术人员可以理解, 因为纯DGEBA的EEW为174,所以多数等级的液体环氧树脂有些聚合。通常还通过推进方法 制备的EEW为250-450的树脂,称为半固体环氧树脂,因为它们在室温下为固体和液体的混 合物。
[0078] 根据最终用途应用,通过修饰环氧树脂组分,使本发明组合物的粘度降低可能是 有益的。例如,可降低粘度以允许提高制剂或组合物中的颜料水平,同时仍允许容易的施用 或允许使用高分子量环氧树脂。因此,对于含至少一种多官能环氧树脂的环氧树脂组分, 还包含单官能环氧化物在本发明的范围内。单环氧化物的实例包括但不限于氧化苯乙烯、 氧化环已烯、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷;和苯酚、甲酚、叔丁基苯酚、其它烷基酚、丁醇、 2-乙基己醇、C4-C14醇的缩水甘油醚等。 增塑剂和溶剂和其它添加剂
[0079] 可用本发明组合物制备各种制品。根据制品制备期间的要求或其最终用途应用, 各种添加剂可用于制剂和组合物,以具备特定特性。
[0080] 在本发明的某些方面,将增塑剂或溶剂加入胺或胺-环氧树脂组合物。一般而言, 合适的增塑剂或溶剂可为芳族物质、脂族物质、酯、酮、醚、醇、二醇、二醇醚等及其混合物。 例如,可用酮例如丙酮、甲乙酮、甲基?异戊基酮、甲基?丙基酮、甲基?戊基酮、双丙酮醇等 作为溶剂,通常得到改善的储存期,很少或不牺牲干燥速度。如果组合物或制剂含酯增塑剂 或溶剂例如邻苯二甲酸酯,通常必需在含环氧树脂的包装中配制它们,以便使它们与胺固 化剂的反应最小化。其它有用的增塑剂或溶剂包括但不限于苯甲醇、正丁醇、异丙醇、甲苯、 二甲苯、壬基酚、十二烷基酚、叔丁基酚、双酚A、甲酚、腰果树坚果液体、丙二醇单甲醚(通 常缩写为PM),和脂族和/或芳族烃溶剂例如可以商标名Shellsol购买得到的那些溶剂。 可使用大于一种增塑剂或溶剂的组合的混合物。例如,用于本发明胺或胺-环氧树脂组合 物的至少一种增塑剂或溶剂可包括苯甲醇、正丁醇、二甲苯、甲乙酮、壬基酚、十二烷基酚、 腰果酚、邻苯二甲酸酯或其组合。
[0081] 可用于本发明的其它增塑剂为本领域技术人员熟知,在D. F. Cadogan and C.J.Howick, ^Plasticizers' , J. I.Kroschwitz,ed. , Kirk-Othmer Encyclopedia ofChemical Technology,第 4 版,Wiley, New York, 1996,第 19 版,第 258-290 页中有更 广泛的描述。在环氧树脂-胺热固性涂料中,增塑剂通常用于在环境温度或环境温度以下 固化的系统。当施加热固化甚至轻度热固化后,也可能发生增塑剂显著泻出,通常导致膜收 缩和应力聚集。这与粘合剂应用形成对比,其中在环境温度下初始固化后,通过施加通常在 约50-约160°C的另外热量,来调节被粘合部件的能力可能很重要。
[0082] 可用于本发明组合物和制剂的其它添加剂包括但不限于促进剂;填充剂;纤维例 如玻璃或碳纤维;颜料;颜料分散剂;流变改性剂;触变胶;流动或流平助剂;消泡剂或其 任何组合。可以理解,本领域中已知的其它混合物或材料可包括在组合物或制剂中,并在本 发明范围内。
[0083] 在某些情况下,对于环氧树脂-胺固化反应来讲,使用促进剂可能最好。此类促进 剂在 H. Lee and K. Neville, Handbook of Epoxy Resins, McGraw-Hill, New York, 1967 中 有描述。本领域技术人员会认识到,某些前述增塑剂或溶剂也可用作促进剂。促进剂的其 它非限制性实例包括各种有机酸、叔胺和羟胺,例如水杨酸、二甲基氨基甲基苯酚、二(二 甲基氨基甲基)苯酚、三(二甲基氨基甲基)苯酚等或其组合。通常,基于粘合剂总重量, 按10%或更低水平,更通常按5%或更低水平使用促进剂。
[0084] 另外,本发明范围内的组合物可为无溶剂的,又称为不含溶剂或100%固体。或者, 这些组合物还可含至少一种溶剂(溶剂也称为稀释剂)。通常,对于组合物或制剂来讲,选 择溶剂或溶剂混合物,以得到特定蒸发速度特性,同时保持制剂组分的溶解性。 制品
[0085] 本发明还涉及含本文中公开的组合物的制品。例如,制品可含固化的胺-环氧 树脂组合物,该组合物含胺固化剂组分和环氧树脂组分的接触产物。胺固化剂组分可含 DM-MXDA和至少一种多官能胺。环氧树脂组分可含至少一种多官能环氧树脂。任选,根据 需要的特性,各种添加剂可存在于用于制备制品的组合物或制剂。这些添加剂可包括但不 限于增塑剂或溶剂;促进剂、填充剂;纤维例如玻璃或碳纤维;颜料;颜料分散剂;流变改性 剂;触变胶;流动或流平助剂;消泡剂或其任何组合。
[0086] 本发明制品包括但不限于涂料、构造产品、地板材料产品或复合材料产品。根据具 体应用的需要,基于这些胺-环氧树脂组合物的涂料可不含溶剂或可含溶剂。例如,固体含 量大于50 %、大于65 %、大于75 %或大于85 %的涂料在本发明范围内。涂料可含用于油漆 应用的各种类型和水平的颜料。
[0087] 本领域普通技术人员熟知,通过适当表面制备,许多基体适合本发明涂料施用。此 类基体包括但不限于水泥材料例如混凝土和各种类型的金属和合金,例如钢和铝。例如, 在室温下施用时,本发明涂料的低温固化、良好表面外观、良好挠性特性和良好防腐蚀性使 它们适用于大型金属物体或水泥基体的涂漆或涂层,这些金属物体或水泥基体必须在室温 或较冷条件下涂漆和/或固化,包括船舶、桥梁、工业厂房和设备和地板。本发明涂料可在 约-KTC -约50°C温度或在约0°C -约35°C温度下施用并固化。如需要,这些涂料也可在 较高温度下强迫固化,较高温度通常可改善固化的材料的挠性。因此,本发明考虑并包括用 本发明胺-环氧树脂组合物涂布的物体,尤其通常在环境条件或环境条件以下油漆和固化 的大型金属物体,包括船舶、桥梁和工业厂房和设备。
[0088] 本发明涂层的厚度一般为50-5, 000 μ m,取决于施用的类型和目标基体。例如,为 了保护基体抗机械和/或化学应力的目的,涂布在金属、混凝土或水泥基体上的涂层通常 具有约50-约500 μ m,或约100-约300 μ m的厚度。或者,为下面的基体提供载荷特性所需 要的涂层或制剂,例如下文实施例32-36中所述那些通常具有约1-3毫米的厚度。
[0089] 涂料在几个方面与粘合剂不同。例如,设计粘合剂在两个基体或表面之间建立粘 合,使那些基体或表面持续粘合在一起。因此,通常对不直接暴露于环境的粘合剂有限制。 相反,涂料与一个基体或表面粘合。因此,背向粘合基体或表面的涂层表面("涂层表面") 暴露于环境,该环境可以为空气、其它气体、水/湿度、化学物质等。涂层表面还可提供美观 光洁度,该光洁度可通过光泽度和阻止氨基甲酸酯化的能力表征。涂层表面的特性也影响 其抗机械、化学或热暴露的能力,并因此直接影响其保护下面的基体或表面的能力。可用于 评价这些特性的分析试验包括EIS电阻数据、冲击强度、轴棒弯曲、帕萨兹摆测硬度等。例 如,本发明涂料通常具有至少约I XlO7 Ω的24小时EIS有效通路系数(pore resistance) 值。在另一方面,本发明涂料具有至少约I XlO8 Ω的24小时EIS有效通路系数值。仍在 另一方面,本发明涂料具有至少约IX IO9 Ω的24小时EIS有效通路系数值。
[0090] 在另一方面,例如在建筑应用中,可通过具有约30-约200kg. cm冲击强度表征本 发明涂料(正面;方案A)。例如,冲击强度可为约40-约100,或约45-约70kg. cm。
[0091] 涂料与粘合剂的不同点还在于它们在室温或室温以下快速固化的能力。例如, 在船坞中应用的涂料可能需要在5°C或甚至更低温度下固化,因为船坞通常设在具有寒 冷冬季气候的地区,不能为符合较高温度条件而将船舶或船舶零件加热。在低温下固化 也适合其中在低于室温环境下在停车区域和仓库中应用涂料,或在其中需要快速开放 (back-in-service)时间使该区域对公众关闭的时间减至最短的建筑物的建筑地面应用。 可用测量例如薄膜固化时间和帕萨兹摆测硬度评价固化或干燥时间。一般而言,本发明涂 料在25°C下(第2相和/或第3相)的薄膜固化时间小于约12小时,例如小于约8小时, 或小于约6小时。另外,在本发明其它方面,本发明涂料的特征可在于其薄膜固化时间为约 1小时-约8小时,或约1小时-约6小时。例如,本发明涂料在25°C下的薄膜固化时间可 为约1-约5小时。
[0092] 同样,考虑本发明涂料在5°C下(第2相和/或第3相)的薄膜固化时间小于约 25小时,例如小于约20小时。通常,在5°C下,薄膜固化时间为约2-约18小时,或约2-约 15小时。在本发明的某些方面,涂料在5°C下的薄膜固化时间为约2-约12小时,或约2-约 10小时。
[0093] 可通过多种技术施用本发明涂料,这些技术包括喷涂、刷涂、辊涂、漆工用两指手 套(paint mitt)等。为了施用本发明极高固体含量或100%固体涂料,可使用双组分喷涂 设备,其中将胺和环氧树脂组分在导向喷枪的管线、在喷枪自身中混合,或当它们离开喷枪 时将这两种组分混合在一起。使用该技术,可减少制剂有关储存期的限制,通常当胺活性和 固体含量增加时,制剂储存期缩短。可用加热的双组分设备降低组分粘度,从而改善施用便 利性。
[0094] 土木工程最终用途可包括建筑和地面应用,包括含本发明胺-环氧树脂组合物和 联合在一起的水泥材料例如混凝土或通常用于建筑工业的其它材料的制剂。本发明组合物 通常在一些应用中,可用于环氧树脂基地板构造,所述应用需要比通常由水泥或其它类似 类型的地板材料得到的更好的机械特性(例如提高的拉伸强度或提高的压缩强度)或更好 的伸长率。也可由本文中公开的组合物制备裂缝注入和裂缝填充产品,和聚合物改性胶接 剂、瓦薄浆、灰泥等。本文中还考虑使用胺-环氧树脂组合物的混凝土和水泥材料的产品, 例如厚度为数十微米至高达几毫米厚的地板底漆和涂层。
[0095] 含本文中公开的胺-环氧树脂组合物的复合材料产品或制品的非限制性实例包 括网球拍、滑雪橇、自行车框架、飞机机翼、玻璃纤维加固的复合材料和其它模制品。 实施例
[0096] 通过以下实施例进一步举例说明本发明,这些实施例不应以任何方式视为对本发 明范围的限制。阅读本文说明书后,本领域普通技术人员自己可建议各种其它方面、实施方 案、改进及其同等物,而不背离本发明宗旨或权利要求的范围。
[0097] 制备胺-环氧树脂组合物涂料并测试如下。通过使随后表中给出的各组分接触 并混合,制备包括本发明胺组合物的硬化剂混合物或组合物。然后以每一百重量树脂的 份数(PHR),按照表中所示的使用水平,使相应硬化剂混合物或组合物或单一硬化剂与多 官能环氧树脂混合。除另有说明外,用于这些实施例的环氧树脂为双酚A二缩水甘油醚 (DGEBA),D. E. R. ? 331 级,EEW 为 182-192。该环氧树脂可自 Dow Chemical Company 购买 得到。
[0098] 按表1中列出的标准试验方法测量涂料特性。将透明涂料涂布到标准玻璃板,得 到用于干燥时间试验的样品,用Beck-Koller干燥时间纪录仪测量,通过帕萨兹摆测硬度 法测量硬度发展。将用于镜面光泽的透明涂料涂布到未涂覆绒面纸图表(AG5350, Byk)。用 Bird涂布器,按75微米WFT (湿膜厚度)施用涂料,得到厚度为60-70微米的干膜。用Weiss 人工气候室(WEKK0057型),在5°C和60% RH(相对湿度)或25°C和60% RH下使膜固化。 将装置置于2mm厚环氧树脂流延膜(castings)上后3秒,记录肖氏A和肖氏D数据,该环 氧树脂流延膜在约23°C和60% RH下固化。在表中所示时间,测量帕萨兹硬度和肖氏A和 肖氏D数据。
[0099] 用标称75WFT绕线棒,将用于冲击强度和轴棒弯曲试验的透明涂料分别涂布到一 侧碾磨的冷乳钢试验板上(尺
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