[发明专利]聚丙烯亚胺作为环氧树脂的固化剂的用途

说明书

本发明涉及基本线性聚丙烯亚胺(PPI)作为环氧树脂的硬化剂的用途，以及包含一种或多种环氧树脂和基本线性PPI的可固化组合物。本发明进一步涉及可固化组合物的固化以及通过将可固化组合物固化而得到的固化环氧树脂。

环氧树脂是常识，并且借助其韧性、挠性、附着力和耐化学品性，用作用于表面涂覆的材料，用作粘合剂，以及用于模塑和层压。环氧树脂尤其用于制备碳纤维增强或玻璃纤维增强的复合材料。

环氧化物材料为聚醚，并且可例如通过将表氯醇与二醇，例如芳族二醇如双酚A缩合而制备。这些环氧树脂随后通过与硬化剂，通常多胺反应而固化。

起始于具有至少两个环氧基团的环氧化合物，固化可用具有两个氨基的氨基化合物，例如借助加聚反应(链延长)实现。通常不加入具有高反应性的氨基化合物直至所需固化前不久。这类体系因此成为双组分(2K)体系。

胺类硬化剂基本上根据其化学结构分成脂族、脂环族或芳族类型。另一可能的分类基于氨基的取代度，所述氨基可以为伯、仲或叔氨基。然而，对于叔胺，环氧树脂的催化固化机制是所要求的，而对于仲胺和伯胺，每种情况下认为化学计量固化反应是构成聚合物网络的基础。

一般而言，证明在伯胺硬化剂中，脂族胺在环氧化物固化中显示出最大的反应性。脂环族胺通常稍微更慢地反应，而芳族胺(其中氨基直接结合在芳环中的C原子上的胺)目前为止显示出最低的反应性。

在环氧树脂固化期间利用这些已知的反应性差以便能够将固化环氧树脂的加工寿命和机械性能调整至具体要求。

对于具有≤10分钟的固化时间的快速固化体系，例如粘合剂、地板涂料和某些树脂传递模塑(RTM)应用，例如通常使用短链脂族胺，而当生产广泛的复合材料时，需要较长的适用期以容许模具被均匀地填充且增强纤维被适当地浸渍。在这种情况下主要使用脂环族胺，例如异佛尔酮二胺(IPDA)、4,4'-二氨基二环己基甲烷(dicycan)、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷(dimethyldicycan)、氢化双苯胺A(2,2-二(4-氨基环己基)丙烷)、氢化甲苯二胺(例如2,4-二氨基-1-甲基-环己烷或2,6-二氨基-1-甲基环己烷)和1,3-双(氨基甲基)环己烷(1,3-BAC)。甚至更长的固化时间可借助使用芳族多胺，例如苯二胺(邻、间或对)、双苯胺A、甲苯二胺(例如2,4-甲苯二胺或2,6-甲苯二胺)、二氨基二苯基甲烷(DDM)、二氨基二苯基砜(DDS)、2,4-二氨基-3,5-二乙基甲苯或2,6-二氨基-3,5-二乙基甲苯(DETDA 80)实现

尤其是对于地板涂料方面的应用，需要甚至在室温下用环氧树脂快速固化而不显示出过多的初始粘度并产生具有有利机械性能的涂层的硬化剂。该涂层优选获得仅数小时内的早期防水性。

通常，对于这些应用，使用硬化剂如三亚乙基四胺(TETA)或聚醚胺D-230(基于聚丙二醇的二官能伯聚醚胺，具有230的平均摩尔质量(D230))。这些硬化剂的特别缺点是它们相当高的挥发性，这在加工过程中以及稍后在与环氧树脂不完全反应的情况下具有不利的结果。

Wan等人(Thermochimica Acta(2011)，第519卷，第72-82页)尤其描述了具有式(H₂N-CH₂-CH₂-CH₂-)₂N-CH₂-CH₂-N(-CH₂-CH₂-CH₂-NH₂)₂的树状聚丙烯亚胺，即EDA-dendr-(NH₂)₄在环氧树脂硬化中的用途。

理想的是具有如下环氧树脂用胺类硬化剂：具有恰好与TETA或D230的那些一样有利的性能，但具有较低挥发性。

本发明基于的问题因此可以认为是提供用于环氧树脂的快速固化胺类硬化剂，其容许可固化环氧树脂组合物的相当低的初始粘度，且容许固化环氧树脂的良好结构性能(例如玻璃化转变温度(Tg)、挠性、抗裂性和肖氏D硬度)，同时具有相当低的挥发性。该硬化剂还应在相当短的时间间隔内产生固化环氧树脂的早期防水性。

因此，本发明涉及基本线性聚丙烯亚胺(PPI)作为环氧树脂的硬化剂的用途，以及包含树脂组分和硬化剂组分的可固化组合物，所述树脂组分包含一种或多种环氧树脂，且硬化剂组分包含基本线性的PPI。