一种高强度高韧性环氧胶粘剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及胶粘剂领域，具体涉及一种高强度高韧性的环氧胶粘剂及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 环氧树脂是一种热固性树脂，它具备粘接性强、固化收缩性小、耐腐蚀性好、工艺 性能良好以及良好的电绝缘性等一系列的优异性能，自1938年问世以来，已广泛应用于工 业、农业、国防及日常生活等各个方面，如电子材料的浇注、封装以及涂料、胶粘剂、复合材 料基体等。但是环氧树脂固化后存在脆性大、韧性差以及耐候性差等缺陷，必须对其进行增 韧改性。传统的无机刚性粒子填充后能够提高环氧数酯的刚度，但处理不好往往会造成韧 性的损失。近年来超支化聚合物以其独特的性能日益受到关注，人们开始将其应用到环氧 树脂增韧的领域。但是超支化聚合物的引入往往会造成环氧树脂耐热性能的降低。
[0003]CN102190858A公开了一种由纳米二氧化硅增韧的环氧树脂材料及其制备方法， 涉及一种有树枝状大分子功能化的二氧化硅增韧的树脂材料及其制备方法，环氧树脂的韧 性可以提尚300%以上；CN102504147A公开了一种端駿基超支化聚合物接枝氧化石墨稀 改性环氧树脂的方法，实现了氧化石墨和端氨基超支化聚合物结构上的互补，并能很好的 增韧改性环氧树脂；CN102766264A公开了一种松香基超支化聚酯的制备方法及其在环氧 树脂中的应用；CN103242627A公开了一种脂肪酸酯端基超支化聚酯的用途，其加入降低 了共混物的粘度，同时共混物的力学性能有大幅提升。目前制备的环氧胶粘剂方法，很难制 备出同时具备粘度低、反应活性高、固化快，固化后交联度高，有较高的韧性和强度，且具有 较高的耐温等级的环氧胶粘剂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决目前的环氧胶粘剂很难同时具备粘度低、反应活性高、固 化快，固化后交联度高，有较高的韧性和强度，且具有较高K的LPI耐15温077等5级的环 氧胶粘剂的技术问题，提供了一种高韧性高强度的环氧胶粘剂及其制备方法。
[0005] 为达以上目的，本发明一种高韧性高强度的环氧胶粘剂，所述的环氧胶粘剂按重 量份数由100份双酚A型环氧树脂、5-40份超支化聚酯、0. 5-10份无机刚性粒子、5-30份固 化剂和0. 5-5份促进剂制备而成。
[0006] 其中所述双酚A型环氧树脂为E-51环氧树脂。
[0007] 其中所述端羧基超支化聚酯的制备方法包括以下步骤：
[0008] 步骤一：向装有电动搅拌器、冷凝管、分水器和温度计的四口烧瓶中加入计量的芳 香族多元羧酸或酸酐和聚己内酯二元醇，羧基和羟基当量比为1 7-1. 5 ;
[0009] 步骤二：按体积比1:3-1:10将带水剂和溶剂加入到四口烧瓶中，开动搅拌并升温 至40-100°C，使物料完全溶解，得到均相体系；
[0010] 步骤三：向步骤三所得体系中加入0.01%-1.5%的催化剂，升温至135°(：-1851€ 进行反应，反应至酸值恒定停止反应，出料；
[0011] 步骤四：对步骤三所得反应料液进行减压蒸馏除去溶剂，控制温度l〇〇°C-140°c， 真空度0. 03-0.IMPa，得到粗产物；
[0012] 步骤五：粗产物经沉淀剂进行沉淀、分离，于60°C-KKTC下真空干燥后得到端羧 基超支化聚酯；
[0013] 其中所述带水剂为邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯中的一种或两种以上任意比例 的混合物，优选为对二甲苯；
[0014] 所述溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、环己酮、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基甲酰胺、二 甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上任意比例的混合物，优选为N，N-二甲基甲酰 胺和N，N-二甲基乙酰胺；
[0015] 所述催化剂选自浓硫酸、浓盐酸、芳族磺酸、对甲苯磺酸、三氯化铝、三氯化铁、硫 酸氢钾、三氧化铝、氯化亚砜、二氧化娃、氧化锌、二氧化钛和钛酸四丁酯中的一种或两种以 上任意比例的混合物，优选为浓硫酸、浓盐酸、对甲苯磺酸或者钛酸四丁酯；
[0016] 所述沉淀剂为水、甲醇和乙醇中的一种或者两种以上任意比例的混合物。
[0017] 其中所述芳香族多元羧酸或酸酐选自偏苯三甲酸、均苯四甲酸、偏苯三酸酐和均 苯四甲酸二酐中的一种或两种以上任意比例的混合物。
[0019] 其中所述的无机刚性粒子为碳酸钙、滑石粉、重晶石、陶土、高岭土、炭黑、白炭黑、 硫酸钙、海泡石、硅灰石和絹英粉中的一种或两种以上任意比例的混合物。
[0020] 其中所述的固化剂为双氰胺，粒径彡50ym。
[0021] 其中所述的促进剂为二氨基咪唑三嗪络合物，粒径< 50ym。
[0022] -种制备所述的高韧性高强度的环氧胶粘剂的方法，包括以下步骤：
[0023] 步骤一：制备端羧基超支化聚酯；
[0024] 步骤二：按重量份数将100份E-51环氧树脂和2. 5-20份端羧基超支化聚酯进行 混合，搅拌均匀，在40-KKTC恒温烘箱中放置l_6h，冷却到室温，得到基胶；
[0025] 步骤三：将步骤二中得到的基胶与2. 5-20份端羧基超支化聚酯、0. 5-10份无机刚 性粒子、5-30份固化剂和0. 5-5份促进剂进行混合，搅拌均匀；置于真空脱泡搅拌机进行进 一步脱泡搅拌，得到所述高强度高韧性环氧胶粘剂。
[0026]与现有技术相比，本发明的优点是：添加的端羧基超支化聚酯可参与环氧基反应 生成交联网络，有效促进固化反应的进行，缩短固化时间；采用环氧基体与端羧基超支化聚 酯预先混合与反应制备基胶的方式可明显提升固化物的交联度；制得的胶粘剂粘度低、反 应活性高、固化快，固化后交联度高，有较高的韧性和强度，且具有较高的耐温等级。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0028] 实施例1
[0029] 将100g双酚A型环氧树脂E-51和5g端羧基超支化聚酯搅拌混合均匀，置于70°C 恒温烘箱中4h，得到基胶。所得基胶与5g端羧基超支化聚酯、2g白炭黑、Sg双氰胺以及Ig 二氨基咪唑三嗪络合物搅拌均匀后于120°C固化lh，体系交联度达到96%以上。改性环氧 胶粘剂的80°C拉伸剪切强度为44. 52MPa，90°剥离强度为5. 75KN?m\固化物冲击强度为 40. 35kJ/m2。
[0030] 所述的端羧基超支化聚酯制备方法如下：
[0031]将10. 51g(0. 05mol)偏苯三甲酸和18. 00g(0. 045mol)Capa?205 3加入到装有电 动搅拌器、冷凝管、分水器和温度计的四口烧瓶中，加入150mlN，N-二甲基甲酰胺和20ml对 二甲苯，升温至40°C并开动搅拌使反应物全部溶解。向均相体系中加入0. 17g(0. 5wt% ) 钛酸四丁酯，升温至150°C反应，体系酸值恒定后停止反应。温度100°C，真空度0.IMPa条 件下减压蒸馏除去溶剂，；粗产物经甲醇/水沉淀、离心后60°C下真空干燥，产物在室温下 为浅褐色粘稠树脂状。数均分子量Mn为5175. 63g/mol，重均分子量Mw为8177. 50g/mol， 分子量分布为1. 58,支化度为0? 58,25°C动力粘度为70. 52Pa?S。
[0032] 实施例2
[0033] 将100g双酚A型环氧树脂E-51和7. 5g端羧基超支化聚酯搅拌混合均匀，置于 80°C恒温烘箱中4h，得到基胶。所得基胶与7. 5g端羧基超支化聚酯、Ig白炭黑、7g双氰胺 以及Ig二氨基咪唑三嗪络合物搅拌均匀后于120°C固化lh，体系交联度达到94%以上。改 性环氧胶粘剂的80°C拉伸剪切强度为46. 65MPa，90°剥离强度为5. 42KN?m\固化物冲击 强度为 42. 35kJ/m2。
[0034] 所述的端羧基超支化聚酯制备方法如下：
[0035]将12. 61g(0. 06mol)偏苯三甲酸和22. 50g(0. 045mol) Capa?2054 加入到装有 电动搅拌器、冷凝管、分水器和温度计的四口烧瓶中，加入120mlN，N-二甲基甲酰胺和20ml 对二甲苯，升温至60°C并开动搅拌使反应物全部溶解。向均相体系中加入0. 28g(0. 8wt%) 对甲苯磺酸，升温至155°C反应，体系酸值恒定后停止反应。温度120°C，真空度0.1 MPa条 件下减压蒸馏除去溶剂，粗产物经甲醇/水沉淀、离心后80°C下真空干燥，产物在室温下为 浅褐色粘稠树脂状。数均分子量Mn为6058. 45g/mol，重均分子量Mw为9875. 27g/mol，分 子量分布为1. 63,支化度为0? 55, 25°C动力粘度为68. 95Pa?S。
[0036] 实施例3
[0037] 将100g双酚A型环氧树脂E-51和IOg端羧基超支化聚酯搅拌混合均匀，置于80°C 恒温烘箱中3h，得到基胶。所得基胶与IOg端羧基超支化聚酯、Ig白炭黑、Sg双氰胺以及 Ig二氨基咪唑三嗪络合物搅拌均匀后于120°C固化lh，体系交联度达到95%以上。改性环 氧胶粘剂的80°C拉伸剪切强度为47. 45MPa，90°剥离强度为5. 85KN?m\固化物冲击强度 为 41. 28kJ/m2。
[0038] 所述的端羧基超支化聚酯制备方法如下：