[发明专利]环氧树脂组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2011年6月24日提交的美国申请No.13/168174的部分继续申请。该申请的公开内容在此通过引用并入。

发明背景

本发明一般地涉及用于制备复合材料部件的环氧树脂组合物，更特别地，增强固化的环氧和环氧复合材料部件的热、机械和化学特性的固化组分。

与金属和陶瓷相比，聚合物复合材料提供了一些优点，其在于聚合物复合材料轻质、具有高的比刚度和强度、易于制备、允许针对不同应用通过改变树脂的化学、补强纤维和设计适应性而定制性质以及还具有低的热膨胀系数。

聚合物复合材料，特别是热固性聚合物材料，其通过用基于胺或（一种或多种）多胺的合适固化剂和用环氧树脂的交联反应制备，所述聚合物材料具有下述性质∶(a)低至高的固化温度，其中固化反应可以在5至150℃的温度下进行；(b)低的体积收缩率，其中固化环氧树脂的体积收缩率通常为1至3%，导致纤维基质复合材料中的低内应力；(c)良好的润湿性、粘附性，以提供纤维和基质之间的良好剪切强度；(d)良好的绝缘特性；(e)良好的化学抗性；和(f)良好的热特性。

固化环氧体系的性质允许其用于各种领域中，它们广泛用于工业比如粘合剂、涂层和复合材料应用中。

许多复合材料应用需要高度的耐热性。当在高温(约150℃)下固化时，环氧胺体系发展出相对高的玻璃转化温度(Tg)(约150℃)。然而，对许多应用而言，期望更高的Tg(大于170℃)以成功地替换重金属和金属合金。为了获得这样的高Tg，需要深度的交联，这通常易于引起脆变。

通常地，高Tg通常提供高化学抗性，但不是对所有的化学物质。例如，丙酮和甲醇可以破坏交联的网络(例如，基质渗透入纤维)。

过去，芳族、环脂族、脂族、杂环和聚醚多胺已经用于固化环氧树脂。众所周知，芳族胺提供了比环脂族和脂族或其它多胺更好的化学抗性和热稳定性。一些方法被认为提高环氧制剂的玻璃化转变温度和化学抗性。对结构应用而言，特别是对补强复合材料而言，期望制备具有高Tg、改善的化学抗性，同时保持复合材料总性能的机械特性的环氧。虽然通过用环氧酚醛配制环氧树脂比如双酚-A(BPA)、双酚-F(BPF)可以获得更高的Tg。采用该方法的主要缺点是制剂的粘度增加较大。高粘性导致加工上的挑战，并且由于树脂非常高的粘度而增加了复合材料基质中的裂缝。为了提高Tg和化学抗性而不牺牲其它性质，存在许多技术挑战。

一般来说，已知加速剂可用于使与环氧树脂(例如，二氰胺(DICY)、酸酐和芳族胺)具有非常缓慢的反应性的固化剂加速。一般地，已知环氧树脂体系不能进行配制以提高液体固化剂的环氧体系的Tg。具有包括在制剂中的加速剂化合物的已知环氧体系是单组分(1K)体系，其通常见于粘合剂和粉末涂料中，其中它们使用加速剂以增加胺在潜伏性环氧体系中的反应性。

美国专利号5,512,372(其在此以其全部内容通过引用并入)公开了可硬化的或可聚合的环氧树脂基组合物，其特征在于其硬化剂体系包括协同量的至少一种咪唑的组合，所述咪唑单独使用仅在高于约75℃的温度下可以引起环氧树脂聚合。所述5,512,372专利显示了使用咪唑作为单组分多胺类（例如二氰胺(DICY)和改性多胺2014）的加速剂，并且没有公开任何热、机械或化学抗性的改善。所述5,512,372专利公开了单组分体系，并且特定地针对潜伏性固化剂。进一步，所述5,512,372专利仅公开了具有多胺的单组分体系，其在室温下潜伏超过21天，并且没有一个实施例公开在室温下对环氧树脂为活性的胺。所述5,512,372专利中公开的单组分体系包括高负载量的咪唑和固化制剂中所不期望的低Tg。此外，所述5,512,372专利没有公开包括固化剂与环氧的非化学计量比率的组成范围。