[发明专利]含氮杂环环氧固化剂、组合物及方法

说明书

本文公开的胺‑环氧固化剂包含至少一种根据式(I)的具有两个氮杂原子的饱和杂环化合物和至少一种根据式(II)的具有三个氮杂原子的饱和稠合双环杂环化合物：其中X独立地选自氢原子、直链或支链C₁至C₄烷基和取代或未取代的苯基，Y₁是直接键或具有1至8个氮原子的二价多亚乙基多胺基团或具有1至8个氮原子的二价多亚乙基多胺衍生物，Y₂是直接键或具有1至7个氮原子的二价多亚乙基多胺基团，并且R独立地是氢原子或选自C₁至C₈直链、环状和支链烷基、烯基和烷芳基的基团。本文公开的胺‑环氧组合物包含所述胺‑环氧固化剂和至少一种多官能环氧树脂。本文公开的用于形成固化环氧树脂的方法包括使所述胺‑环氧固化剂与所述至少一种多官能环氧树脂反应。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月17日提交的具有相同标题的US序列号62/256262的优先权，其通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及含氮杂环环氧固化剂、组合物及方法。

背景技术

环氧树脂因它们优异的粘附性、耐化学性和耐热性而闻名。此外，它们还具有良好至优秀的机械性以及良好的电绝缘性。固化环氧树脂体系见于涂料、粘合剂和复合材料市场的广泛应用中。具体实例包括使用碳纤维和玻璃纤维增强体的环氧复合材料、结构粘合剂、用于金属表面的保护性涂料，和用于混凝土基材、胶接基材或陶瓷基材的建筑产品，其通常称为土木工程应用，如用于混凝土地板的配制。

固化环氧树脂体系由可以彼此化学反应以形成固化环氧树脂(其是坚硬的硬质塑料(duroplastic)材料)的两个组分组成。第一组分是环氧树脂，和第二组分是通常称为硬化剂的固化剂。环氧树脂是含有环氧基团的物质或混合物。固化剂包括对环氧树脂的环氧基团具有反应性的化合物，如胺、羧酸和硫醇类(H.Lee和K.NevilleHandbook of EpoxyResinsMcGraw Hill,New York,1967,第5-1至5-24页)。环氧树脂可以由固化剂交联或固化。固化过程是环氧树脂中的环氧基团和固化剂中的反应性基团的化学反应。固化通过将固化剂化学加成到环氧树脂而将具有相对低的分子量的环氧树脂转化成相对高分子量的材料。此外，固化剂可以导致固化环氧树脂的众多性质。

如上所述，环氧树脂被交联或固化以产生某些特性。所提到的许多这些工业应用需要可以在它们在其中使用的工业特有的应用条件下提供更快的恢复使用的技术。对于涂料和土木工程，低应用温度(通常<10℃且更通常低于0℃)下提高的反应性和性能是主要的市场需求，而在结构粘合剂和复合材料方面，可能需要固化剂在50℃至150℃范围内的升高温度下的高反应性。

然而，许多环氧涂料存在低应用温度(≤5℃)下的缓慢固化的问题，且缓慢固化的常见副作用是涂层可以出现不良的表面缺陷和油腻的表面外观，称为雾浊(blushing)、碳酸饱和(carbamation)或水斑(water spotting)。这些问题部分是因为缓慢的胺-环氧反应速率，及胺固化剂与环氧树脂之间的部分不相容性。不相容性导致了相分离和胺迁移到涂层表面。这导致不完全的胺-环氧反应和不充分的交联，其可以产生不良的物理性质和不良的涂层性能。如果游离胺在表面上存在了太长时间，那么胺将与大气中的水和二氧化碳反应并在表面上出现白膜，其可以导致不良的涂层性能。另一个问题是固化需要更长的时间使涂料凝固和干燥，这意味着需要更长的时间来恢复使用或者覆盖涂布后续的层。传统上，业界已经使用促进剂如叔胺，以及酚和酚衍生物如曼尼希碱化合物、水杨酸，以在低温下加快胺-环氧反应。然而，这些物质的引入只可以在低水平下使用，因为它们可以导致环氧树脂均聚并导致所得体系变得易碎。同时，它们还在导致最终环氧体系更加易于黄变方面具有明显影响。