[发明专利]环氧树脂固化剂、合成方法以及固化方法

说明书

技术领域

本发明涉及固化剂产品领域，具体而言，涉及一种环氧树脂固化剂以及合成方法。

背景技术

环氧树脂固化剂种类繁多，对于常温固化透明环氧体系，通常选用脂肪胺或其改性物作为固化剂。脂肪胺及其衍生物类固化剂具有很高的反应活性和极性，因此可快速引发环氧结构的开环反应，但也极易吸收水分和空气中的CO₂，使得体系表面固化失效或固化不完全，最终导致固化产物表面发粘、泌油、不光亮等缺陷，尤其是在在低温条件下进行固化时，这种现象表现得尤为突出。

为解决上述困扰，通常将脂肪胺进行疏水预反应，比如市场上的593型固化剂(二乙烯三胺与丁基缩水甘油醚预反应)、T31型固化剂(脂肪胺与酚醛预反应)等，这类产品虽能部分缓解产物表面缺陷，但固化剂粘度增大，限制了其应用，同时在低温固化时，表面缺陷的问题依然严重。

另一种方法是在脂肪胺或其衍生改性物中添加促进剂(如:2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、N,N’-二甲基苄胺等)来提高反应速度，减少固化剂与水气的结合时间，提高固化物表面性能，但经该方法处理的固化剂，色泽及耐黄变方面又存在严重不足。

因此在环氧胶粘剂领域、涂料领域及地坪领域，急需一种低温条件下固化速度快、光泽度高的固化剂。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种环氧树脂固化剂，以提高低温固化效果，缩短环氧树脂在低温条件下的固化时间，提高固化产物的耐黄变性。

本发明的第二目的在于提供一种上述环氧树脂固化剂的合成方法。该合成方法的制备流程简单，便于控制，适于进行大规模生产。

本发明的第三目的在于提供一种环氧树脂的固化方法，利用本发明提供的环氧树脂固化剂，可以实现在低温环境中快速固化环氧树脂，并且使固化产物具有较好的表面光泽及耐黄变性能。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种环氧树脂固化剂，其分子结构式如下：

上述“Y”型分子结构的固化剂与环氧树脂分子可进行加成反应，通过逐步聚合反应，交联形成网状结构。该“Y”型分子中的伯胺使环氧基开环形成含羟基的仲胺，仲胺可再与环氧基反应。生成的羟基可促进、加速胺基与环氧基进行反应。“Y”型分子中的叔胺基具有碱性，可催化胺基与环氧基开环反应。

通过胺基和叔胺基与环氧基的协同连续反应，最终形成固化产物。由于该“Y”型分子中具有多个伯胺基团，反应活性高、反应位点多，因而环氧树脂的固化速度快、低温条件下，固化反应更彻底。此外，“Y”型分子结构使固化产物中的交联度大大提高，形成 网状结构的固化产物，且固化产物的强度高、不易发生氧化、变色的问题。此外，本发明提供的“Y”型分子结构的固化剂还具有其他用途，例如粘合剂，本发明对其应用不作限制。

该固化剂在可在5℃以上的温度固化环氧树脂，较佳的固化温度为5～35℃。5℃条件下的固化为12小时，25℃的固化时间为2小时，随着温度的升高，固化时间缩短。环氧树脂通过该固化剂固化后的固化产物颜色稳定，耐黄变色差ΔE可达1.0以上。

一种上述环氧树脂固化剂的合成方法，包括以下步骤：

步骤A、将乙二胺与酮混合、加热，反应完成后除水得到脱水产物，所述酮选自丙酮、甲乙酮、环己酮中的一种或多种；

步骤B、将丙烯腈与所述脱水产物混合、加热，反应完成后得到液相产物；

步骤C、乙醇、饱和氨水、催化剂以及所述液相产物混合于反应容器内，在氢气氛围下加热，反应完成后过滤、去渣，得到滤液；

步骤D、向所述滤液中加入水并加热，反应完成后经过减压蒸馏去除馏出物，即得。

首先，乙二胺与酮按照反应式(1)进行缩合反应，通过封闭乙二胺其中一端的伯胺基形成酮亚胺，再通过除去得到含有酮亚胺的液态混合物。

其次，将液态混合物与丙烯腈混合，其中，酮亚胺与丙烯腈按照反应式(2)进行氰乙基化加成反应，形成氰乙基化加成物，得到含有该氰乙基化加成物的液相产物。

再次，将液相产物与催化剂、乙醇、饱和氨水混合，在氢气的氛围中，氰乙基化加成物与氢气按照反应式(3)进行加氢反应，生成含有N,N-二(3-氨丙基)胺乙基酮亚胺的液相混合物，然后过滤去除固体催化剂杂质，得到滤液。乙醇作为溶剂，其可降低反应体系的粘度，利于各个组分在体系中充分分散；饱和氨水可用于减少副反应，从而减少副产物，降低后续分离、提纯的难度。此外，饱和氨水还可用于促进有机相在水体系中的溶解。