[发明专利]一种低成本高韧性环氧树脂的制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本高韧性环氧树脂的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：以带有特定结构的二酸和二醇为原料进行聚合反应，反应结束后进行真空除水，除水后冷却至室温密封保存；步骤2：步骤1得到的聚酯与反应物环氧树脂进行反应，反应结束后快速冷却反应体系，得到韧性环氧树脂。本发明通过分子内引入长柔性链的方法制备高韧性环氧树脂，所选原材料廉价易得，合成反应简单，无有害副产物生成，产物性质稳定，绿色环保，与常用的填料和商用环氧树脂相容性良好，可根据实际需求进行复配调整。本发明制备的韧性环氧材料兼具强度和韧性，耐低温性能优异，易于使用，价格低廉。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种环氧树脂的制备方法，具体涉及一种低成本高韧性环氧树脂的制备方法。

背景技术

环氧聚合物和复合材料被认为是航空、造船、汽车、机械制造、仪器制造、建筑等战略性产业发展的重点领域。环氧复合材料具有高机械强度、高粘合强度、低收缩率、高耐辐射性、耐化学性、耐久性、环境安全性、易于改性和原料易得等特点。环氧树脂的优异性能来源于固化后形成的高度交联的三维网状结构，但这种结构也导致其脆性大、耐冲击性能差，尤其在低温环境下，这个问题更为明显。如今，对于性能优良的树脂基复合材料的需求越加迫切，将沉重的金属结构逐步替换为轻质高强的树脂基复合材料成为了现阶段航天、车辆、建筑等领域主要的发展趋势。目前我国的高性能环氧树脂已经在航天器制造领域占据了一席之地，但与国际水平相比仍有差距。

20世纪80年代开始，环氧树脂改性的研究逐步开始进行。经过几十年的发展，环氧树脂的增韧方法主要有以下几类：橡胶弹性体、纳米粒子、热塑性树脂、超支化聚合物等。目前橡胶弹性体增韧应用最为广泛，其中丁腈液体橡胶是用作增韧剂的最普遍的化合物，橡胶粒子和环氧树脂由于具有不相容的特点，在环氧树脂中分散性较差、性能稳定性差，并且添加橡胶后的树脂热性能和其他力学性能大幅下降，这些缺点限制了其在工程或航空航天等领域的应用。纳米粒子在环氧树脂中分散性差，需要通过复杂的手段进行分散，且增韧效果有限。超支化聚合物增韧效果良好，但成本高昂，合成方式复杂，不利于规模化使用。热塑性树脂也可以用于环氧树脂增韧改性，其中如热塑性聚氨酯(TPU)目前可以用作环氧树脂的增韧剂，但因其与环氧树脂的相容性不佳，增韧效果无法满足高端领域的要求。相对其他方法，使用聚酯进行增韧改性具有一定的优势，聚酯两端带有活性端基，如羧基、羟基等，这些基团可以提高聚酯在环氧树脂中的分散性，也可以方便进一步进行端基的改性。聚酯的合成方法简单，反应条件容易控制，选择带有柔性链段或基团的单体，调整酸醇的比例以及改变端基等手段，可以制备出对环氧树脂具有良好相容性的增韧剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本高韧性环氧树脂的制备方法，通过分子内引入长柔性链的方法制备高韧性环氧树脂，所选原材料廉价易得，合成反应简单，无有害副产物生成，产物性质稳定，无毒无害，与常用的填料和商用环氧树脂相容性良好，可根据实际需求进行复配调整。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低成本高韧性环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将二酸与二醇以摩尔比1.05～10：1的比例加入容器中进行反应，控制反应温度为105～250℃，搅拌速率为60～150rpm，反应时长为5～24小时，充分冷却后在60～95℃下进行真空除水1～3小时，除水后冷却至室温密封保存，其中：所述二酸为乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷基二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸、十七烷二酸、十八烷二酸、十九烷二酸、二十烷二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸、4,4'-二苯醚二甲酸、环己烷二甲酸中的一种；二醇为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇中的一种；