[发明专利]环氧树脂组合物

说明书

交叉引用陈述

本申请要求2009年12月2日提交的美国临时申请号61/265,799的权益，其在此引为参考。

发明背景

技术领域

本发明涉及环氧树脂组合物，更具体来说，本发明涉及包含二羟基二苯基环烷化合物的二缩水甘油基醚的环氧树脂组合物和高级树脂组合物以及由所述环氧树脂组合物制成的衍生物。所述环氧树脂组合物可用于各种最终应用中，例如粉末涂料、复合材料和电气用层压制品。

背景和相关技术

具有良好耐热性质的热固性树脂例如环氧树脂，对于许多应用例如电气用层压制品、涂料、粉末涂料、铸件和复合材料来说是合乎需要的。这些芳基缩水甘油基醚的三个理想的性质是高的玻璃化转变温度(使用双氰胺固化通过动态力学热分析得到的T_g高于190℃)、低的单体粘度(在150℃下低于200mPa-s)和高的环氧当量(EEW)。本发明的环氧树脂表现出低至120mPa-s的粘度，并且双氰胺固化的热固性材料具有最高达202℃的T_g以及大于190克/当量(g/eq)的EEW。

对于热固性材料将暴露于高温的应用，例如作为用于运输热油的涂层钢管，需要高的T_g。在高于T_g的温度下，热固性材料的性质急剧降低。具有低粘度的树脂更容易被加工成最终部件，并且容易的可加工性能总是合乎需要的。此外，由于基材的复杂微观结构的浸润更好，因此低粘度热固性材料与金属和玻璃的附着性通常更好。最后，具有高EEW的环氧树脂使热固性材料在骨架中具有相对低羟基浓度。羟基通常在环氧树脂与例如双氰胺，一种多官能胺的固化反应期间形成。热固性材料的羟基浓度与吸水性之间存在直接相关性。高吸水性在大多数应用中是不合需要的，因为它能降低粘附性并降低其他性质。

许多芳基缩水甘油基醚能单独实现这些性质，但是不能同时满足所有性质。性质的这种平衡难以达到。例如对于高T_g，一种常用策略是使用高官能多酚的多缩水甘油基醚，特别是被称为环氧酚醛清漆树脂的酚醛清漆树脂。然而，这种粘度低于200cP的酚醛清漆树脂的实例不能获得与本发明的环氧树脂相当的高T_g。例如，一种工业环氧酚醛清漆树脂标准品D.E.N.^TM 438(陶氏化学公司的注册商标)，具有＜200mPa-s的粘度，但是其双氰胺固化的热固性材料的T_g仅为173℃。

因此，工业上对于开发新的热固性树脂仍存在需求，所述热固性树脂是双官能的并能提供具有平衡性质的热固性材料，所述性质包括高T_g(＞190℃)、低单体粘度(在150℃下＜150mPa-s)和高EEW(＞190g/eq)。

发明概述

本发明同时满足了提供双官能并具有低粘度(在150℃下＜150mPa-s)和高EEW(＞190g/eq)的环氧热固性树脂，以及提供具有高T_g(＞150℃)的热固性材料的挑战性目标。

本发明的一个实施方案涉及由下式I的通用化学结构所表示的环氧树脂组合物，例如从二羟基二苯基-环烷化合物制备的环氧树脂：

式I

其中R^a是氢或甲基，R¹和R²彼此独立地各自表示氢原子、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、或者取代或未取代的芳烷基、腈基、硝基、取代或未取代的烷氧基；X是CH₂、CH(R³)或C(R³)(R⁴)；m是8至20之间的整数；并且R³和R⁴彼此独立地各自表示氢原子、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基或取代或未取代的芳烷基；并且n是具有0至约10的值的整数。

本发明的另一个实施方案涉及上述式I的环氧树脂组合物的高级树脂组合物和衍生物。例如，本发明的两个其他附加实施方案涉及通过下述反应制备的组合物：上述式I的环氧树脂组合物与(a)化学计量不足的双官能环氧反应性化合物进行反应以产生式II的组合物，或与(b)化学计量过量的双官能环氧反应性化合物进行反应以产生式III的组合物。

式II

式III