[发明专利]用于环氧树脂体系的具有咪唑盐添加剂的酸酐环氧固化剂

说明书

本发明公开一种固化剂组合物，其包括至少一种由结构(I)表示的咪唑盐，其中R、R’是H或烷基(1‑20个碳原子)，优选1‑7个碳原子的低级烷基，卤代烷基(1‑20个碳原子)，芳基，羟基烷基(1‑7个碳原子)，一个或多个酯基团，取代的烷基，和X”是1‑40个碳原子的羧酸根阴离子；和至少一种酸酐固化剂。所公开的咪唑盐，当与所述酸酐固化剂组合时，为环氧体系提供改进的潜伏期，同时保持在升高的温度下的反应性。还公开了环氧组合物、固化的环氧产物和用于形成固化的环氧产物的方法。

技术领域

本公开涉及用于制备环氧固化剂和利用环氧固化剂制备固化的环氧产物的组合物和方法。特别地，本公开涉及咪唑盐添加剂，其为用于环氧树脂的酸酐固化剂提供改进的潜伏期(latency)，同时保持在高温下的反应性。

背景技术

某些酸酐已知用作环氧树脂的固化剂。商业上已知的酸酐具有与胺固化剂相比仅产生温和皮肤刺激的优点，并且一般来说，当与环氧树脂混合时，提供可接受的粘度、适用期和反应性。用酸酐固化的环氧树脂一般表现出高温稳定性、良好的辐射稳定性以及在它们的玻璃化转变温度(Tg)以上有用的物理和电性能。

酸酐与环氧树脂的反应取决于很多因素，所述因素包括例如固化时间和温度、后固化和后固化温度、是否存在加速剂、加速剂的类型、在所述树脂中的羟基的量、酸酐与环氧的比例和在所述体系中的游离酸的量。在不存在加速剂的情况下，酸酐通常将不与环氧基团反应。

典型的商业环氧树脂/酸酐配制剂使用酸酐加速剂。这些是酸性或碱性的化合物。酸有利于醚化，而碱有利于酯化。最佳的酸酐/环氧比例和所述树脂的经固化的性能是由使用的加速剂决定的。传统上，叔胺和咪唑被用作酸酐加速剂。这些常规的胺被描述在如下文献中：Three Bond Technical News，第32卷，1990年12月20日。常规的胺包括苄基二甲基胺(BDMA)和三(二甲基氨基-甲基)苯酚、三亚乙基二胺(TEDA)、N,N’-二甲基哌嗪和2-(二甲基氨基甲基)苯酚。常规的咪唑是1-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三酸盐和环氧-咪唑加合物(1-甲基咪唑/Epon 828)。

美国专利3,839,281公开了将N-羟乙基哌啶和哌嗪基化合物用作用酸酐和双氰胺(DICY)固化的环氧树脂体系的加速剂。美国专利5,650,477公开了将具有腈基团的带有醚键的季铵盐用作在微波辐射下酸酐固化的环氧树脂的催化剂。在如下文献中，固体乙酰丙酮合金属被描述为潜伏性固化剂：J.Appl.Poly.Sci,26,1981,979，作者J.Smith。这些固体乙酰丙酮合金属具有如下缺点：其不能被充分分散以通过酸酐引起环氧树脂的有效固化。US 6,441,064B1描述了一种用于加速双氰胺(DICY)的咪唑磷酸盐，所述双氰胺是一种基于胺的潜伏性环氧树脂固化剂。在US 3,489,685中，将常规的咪唑作为共固化剂与多胺或酸酐一起用于固化环氧树脂。

之前公开的专利、专利申请和文献通过引用并入本文中。

在本领域中需要如下环氧固化剂，该环氧固化剂具有改进的潜伏期，以最小化材料的浪费和混合体系的劳动，从而提供原材料成本的显著节约以及良好的高温反应性，特别是在低反应性环氧树脂的情况下，以及具有希望的物理性能的经固化的环氧体系。

发明内容

发明概述

根据本公开的实施方案通过提供如下咪唑盐解决了与常规酸酐加速剂相关联的问题，所述咪唑盐提供了环氧体系的改进的潜伏期和快速的高温固化(例如，在约110℃至约150℃温度下固化约2小时的时间)。根据本公开的咪唑盐添加剂，起到潜伏性固化剂的作用，并且使得能够实现在环境温度下与酸酐固化剂和环氧树脂混合时延长的贮存稳定性，以及当加热到升高的固化温度时快速固化。此外，当制备固化的环氧树脂组分时，本发明的咪唑盐可降低循环时间并且从而提供增加的生产量。

根据本公开的一个方面包括一种固化剂组合物，该固化剂组合物包括至少一种由如下结构表示的咪唑盐：