本發(fā)明涉及本發(fā)明屬于環(huán)氧樹脂材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于環(huán)氧樹脂體系的新型固化劑及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

環(huán)氧樹脂固化劑主要包括胺類和酸酐類，酸酐類固化劑具有揮發(fā)性低、毒性小、收縮率低及電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。但酸酐化合物熔點(diǎn)高、工藝性不良，在固化環(huán)氧樹脂過程中易因高溫而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，影響材料的力學(xué)性。偏苯三酸酐可以作為環(huán)氧樹脂固化劑，但是固化溫度過高(180～200℃)，材料成型工藝性較差，而且對(duì)材料的各項(xiàng)性能造成不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于環(huán)氧樹脂體系的新型固化劑及其應(yīng)用方法，以降低偏苯三酸酐作為環(huán)氧樹脂固化劑的固化溫度。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

一種用于環(huán)氧樹脂體系的新型固化劑，它的分子式為C₁₆H₁₈O₅，結(jié)構(gòu)式如式1所示，命名為偏苯三酸酐正庚酯。

上述新型固化劑在環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用方法，包括以下步驟：

(1)不加促進(jìn)劑的情況下，按照固化劑用量是環(huán)氧樹脂質(zhì)量的60～80％，將兩者混合均勻，并成型后，加熱至90～100℃固化4～6h；

(2)將步驟(1)所得初步固化產(chǎn)物先于110～120℃時(shí)固化2～4h，接著于130～140℃時(shí)固化2～4h，得到固化后的環(huán)氧樹脂材料。

上述新型固化劑在環(huán)氧樹脂體系的另一種應(yīng)用方法，包括以下步驟：

1)添加促進(jìn)劑的情況下，按照促進(jìn)劑的用量是環(huán)氧樹脂質(zhì)量的1～3％，固化劑的用量是環(huán)氧樹脂質(zhì)量的60～80％，備料，將固化劑和環(huán)氧樹脂用有機(jī)溶劑溶解后，加入促進(jìn)劑和填料混合均勻，成型后，室溫固化6～8h；

2)將步驟1)得到初步固化產(chǎn)物先于100～110℃固化2～4h，接著于120～130℃固化2～4h，得到固化后的環(huán)氧樹脂材料。

按上述方案，所述促進(jìn)劑為三乙胺、DMP-30等。

按上述方案，所述填料為滑石粉、氣相二氧化硅、鈦白粉、輕質(zhì)碳酸鈣、氫氧化鋁等，具體用量視實(shí)際情況而定，本發(fā)明填料的用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的1～10％。

按上述方案，所述有機(jī)溶劑為丙酮、無水乙醇、鄰苯二甲酸二丁酯、乙酸乙酯等中的一種或者任意幾種。優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑的用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的2～5％。

上述兩種應(yīng)用方法中，所述成型為澆注成型、注射成型、模壓成型、手糊成型等中的任意一種。

上述兩種應(yīng)用方法中，所述環(huán)氧樹脂包括E51、WSR615、DER330、CYD128、E44等環(huán)氧樹脂。

本發(fā)明制備得到的偏苯三酸酐正庚酯對(duì)環(huán)氧樹脂的固化機(jī)理如圖1所示，首先在第一階段偏苯三酸酐正庚酯的酸酐基團(tuán)與促進(jìn)劑開環(huán)形成氧負(fù)離子；在第二階段，生成的氧負(fù)離子按親核機(jī)理進(jìn)攻環(huán)氧基形成交聯(lián)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

1、本發(fā)明通過一種新型的環(huán)氧樹脂固化劑偏苯三酸酐正庚酯，用以降低偏苯三酸酐作為環(huán)氧樹脂固化劑的固化溫度，并保持其良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，該種新型固化劑可以實(shí)際應(yīng)用于環(huán)氧樹脂灌封、粘接以及纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的成型工藝等，具有突出使用價(jià)值。

2、本發(fā)明從分子設(shè)計(jì)入手，提供了一種用正庚醇對(duì)氯化偏苯三酸酐進(jìn)行化學(xué)改性的方法，從而得到一種新型固化劑，該新型固化劑比較于偏苯三酸酐固化環(huán)氧樹脂的固化溫度降低了接近70℃，用以降低偏苯三酸酐作為環(huán)氧樹脂固化劑的固化溫度，并能保持其原有的機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為偏苯三酸酐正庚酯﹣環(huán)氧樹脂體系固化機(jī)理。

圖2是實(shí)施例中制備的偏苯三酸酐正庚酯的紅外光譜圖。

圖3是實(shí)施例中制備的偏苯三酸酐正庚酯的核磁圖譜。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

本發(fā)明中涉及一種化合物偏苯三酸酐正庚酯的合成方法。該合成方法為：在冰鹽浴環(huán)境下，正庚醇和氯化偏苯三酸酐以及碳酸鈉按照摩爾比為1：(1.5～2.5)：(1.3～1.8)混合于乙酸乙酯溶劑中，在碳酸鈉的催化下在-5～5℃恒溫反應(yīng)3～5h，經(jīng)除雜后得到偏苯三酸酐正庚酯，表觀為純白色固體，熔點(diǎn)90.5～91.2℃，產(chǎn)率超過90％。

實(shí)施例1

化合物偏苯三酸酐正庚酯，其分子結(jié)構(gòu)式如下所示：

上述化合物偏苯三酸酐正庚酯的合成方法，具體步驟如下：

(1)按摩爾比為1：1.5：1.3取偏苯三酸酐酰氯、正庚醇、二甲基甲酰胺；溶劑1,2-二氯乙烷用量為反應(yīng)物體積的5倍；

將稱取的偏苯三酸酐酰氯與溶劑石油醚混合于三口燒瓶中，往水浴鍋里投入冰塊，三口燒瓶中置于水浴鍋中控制溫度在-5～0℃范圍內(nèi)，啟動(dòng)磁力攪拌器，先使偏苯三酸酐酰氯溶解于石油醚，再將稱取的正庚醇置于滴液管，20min內(nèi)緩慢滴完，得到反應(yīng)液；將二甲基甲酰胺在投入上述反應(yīng)液，反應(yīng)5h，所得溶液呈白色，即為偏苯三酸酐正庚酯粗產(chǎn)物。

(2)除雜處理：將粗產(chǎn)物中加入等體積的蒸餾水，搖勻，收集上層石油醚，去除水層含剩余的二甲基甲酰胺及生成的鹽；然后，將收集混合液于50℃旋蒸，得到白色膏狀粗產(chǎn)物，水洗純化，烘干，即得到純凈的偏苯三酸酐正庚酯。

本實(shí)施例通過除雜處理得到純白色固體，即為偏苯三酸酐正庚酯，在真空干燥箱中干燥至恒重，熔點(diǎn)72.7～73.1℃，產(chǎn)率為90.5％。

圖2為偏苯三酸酐正庚酯分子的紅外光譜圖，分析如下表，因此證實(shí)按照本發(fā)明所述方法得到的產(chǎn)物為偏苯三酸酐正庚酯。

圖3為偏苯三酸酐正庚酯分子的核磁圖譜，分析如下表，因此證實(shí)按照本發(fā)明所述方法得到的產(chǎn)物為偏苯三酸酐正庚酯。

一種新型固化劑偏苯三酸酐正庚酯在環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用方法，其步驟如下：

(1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，稱取CYD128環(huán)氧樹脂100份，偏苯三酸酐正庚酯70份，混合攪勻；然后將盛有該混合物的容器置于超聲波清洗器中震蕩，取出即混合均勻，經(jīng)澆注、排泡，加熱至90℃固化6h；

(2)后固化：將步驟(1)所得初步固化產(chǎn)物先于110℃時(shí)固化4h，接著于130℃時(shí)固化2h，得到固化后的環(huán)氧樹脂澆注體材料。

實(shí)施例2

一種新型固化劑偏苯三酸酐正庚酯在環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用方法，其步驟如下：

(1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，稱取E44環(huán)氧樹脂100份，偏苯三酸酐正庚酯60份，偏苯三酸酐正庚酯和環(huán)氧樹脂E44用2份的丙酮溶解，加入1份促進(jìn)劑三乙胺合均勻，經(jīng)纖維浸膠后模壓成型后，室溫固化8h；

(2)后固化：將步驟(1)所得初步固化產(chǎn)物先于110℃固化4h，接著于120℃固化4h，得到固化后的環(huán)氧樹脂材料。

實(shí)施例3

一種新型固化劑偏苯三酸酐正庚酯在環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用方法，其步驟如下：

(1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，稱取WSR615環(huán)氧樹脂100份，偏苯三酸酐正庚酯65份，DMP-30促進(jìn)劑2份備料，將固化劑偏苯三酸酐正庚酯和WSR615環(huán)氧樹脂用3份鄰苯二甲酸二丁酯溶解后，加入促進(jìn)劑1份三乙胺，經(jīng)排泡、玻璃纖維增強(qiáng)手糊成型后，室溫固化6h；

(2)后固化：將步驟(1)所得初步固化產(chǎn)物先于110℃固化4h，接著于130℃固化2h，得到固化后的環(huán)氧樹脂材料。

實(shí)施例4

一種新型固化劑偏苯三酸酐正庚酯作在環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用方法，其步驟如下：

(1)按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，稱取E51環(huán)氧樹脂100份，偏苯三酸酐正庚酯80份，滑石粉鈣填料4份，促進(jìn)劑三乙胺1.5份，混合均勻，浸漬玻璃纖維增強(qiáng)材料，模壓成型，室溫固化6h；

(2)后固化：將步驟(1)所得初步固化產(chǎn)物先于100℃固化2h，再于120℃固化2h，得到固化后的環(huán)氧樹脂材料。

由上述實(shí)施例可知：本發(fā)明所述新型固化劑比較于偏苯三酸酐固化環(huán)氧樹脂的固化溫度降低了接近70℃，較偏苯三酸酐近200℃固化溫度，偏苯三酸酐正庚酯的固化溫度顯著下降；而且，能使固化物具有優(yōu)良的耐熱性、耐沖擊性及高強(qiáng)度。按實(shí)施例2所得樹脂固化物，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為39Mpa，彎曲強(qiáng)度為73Mpa，沖擊強(qiáng)度為36kJ/m²。當(dāng)然，在新型固化劑偏苯三酸酐正庚酯應(yīng)用于環(huán)氧樹脂體系時(shí)，投入促進(jìn)劑和填料可以根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。