[发明专利]一种适用于环氧树脂的离子液体固化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种适用于环氧树脂的酰胺功能化离子液体固化剂，所述离子液体阳离子选用含有酰胺功能化的阳离子，阴离子选用能与酰胺功能化阳离子匹配的阴离子组合而成。制备过程中，首先通过季铵化反应引入酰胺基团，然后进行离子交换匹配不同的阴离子。所得离子液体可与不同环氧树脂混合进行热固化得到相应的树脂浇注体。本发明提供的离子液体固化剂具有固化温度低、固化速度快，固化物耐热性能和力学性能优良的特点。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种适用于环氧树脂基的复合材料固化剂。

背景技术

环氧树脂是一种环氧低聚物，与固化剂反应时便可形成三维网状的热固性塑料。环氧树脂通常具有优异的粘接、防腐蚀、成型性和热稳定性等性能，在力学、热、电气和耐化学药品性方面的性能非常优越，可以作为涂料、胶黏剂和成型材料使用。未固化的环氧树脂是黏性液体或脆性固体，没有实用价值，只有与固化剂进行固化生成三维交联网络结构才能实现最终用途。

因此，环氧树脂的性能很大程度上依赖于与固化剂的反应性。针对环氧树脂的使用性能要求，选择的固化剂有低温固化剂，中温固化剂和高温固化剂。对于耐高温树脂来说，要提高其耐高温性能，只能使用高温固化剂，常用的耐高温固化剂有芳香胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼等。这些固化剂的固化温度通常大于200℃，且固化速度在数小时以上，这种高固化温度、低固化速度难以满足大型复合材料结构件高效固化的要求，急需开发新型的耐高温，低温快速固化剂。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明提供一类酰胺功能化的离子液体固化剂，通过将酰胺基团引入到离子液体阳离子中，形成同时具有伯胺，仲胺或叔胺等功能结构的阳离子，然后通过阴离子交换获得系列适用于耐高温环氧树脂的离子液体低温快速固化剂。

所述离子液体阳离子结构含有季铵类、季膦类、吡啶类、咪唑类、吡唑类、三唑类、四唑类等母体结构的阳离子。

所述离子液体阴离子为能与对应酰胺型阳离子稳定配对的任一种阴离子，包括：溴离子、氯离子、四氟硼酸、六氟磷酸、二氰胺根、双三氟甲磺酰亚胺、乙酸、氨基酸等。

该类固化剂将离子液体阳离子中引入了酰胺基团，通过酰胺基团与环氧树脂聚合形成酰亚胺结构单元，该单元可显著提高聚合物的耐热性能和力学性能，同时引入具有固化促进作用的阴离子，提高固化速度，这种阴阳离子的协同作用实现了耐热型环氧树脂的低温快速固化。

本发明还提供了一种酰胺功能化的离子液体固化剂的制备方法，具体是将阳离子前体与含酰胺基团的卤化物通过季铵化反应引入酰胺基团，然后进行离子交换引入不同的阴离子结构单元。

进一步的季铵化反应在乙醇、乙腈、二氯甲烷、水、甲醇、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚等溶剂中的一种或多种的混合物。

进一步的季铵化反应温度为-20～100℃，反应时间为10min～64h，阳离子前体与含酰胺基团卤化物的配比为1∶1～1∶2之间。

进一步的离子交换反应溶剂选用水、甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚中的一种或多种的混合物

进一步的离子交换反应物的配比控制在1∶1.2～1.2∶1范围内。

进一步的离子交换后的产物通过重结晶或溶剂洗涤的方法提纯。

本发明还提供一种环氧树脂浇注体，所述浇注体为含有环氧树脂和酰胺功能化离子液体的固化物。

所述浇注体的制备方法，选用酰胺功能化的离子液体与环氧树脂按不同配比混合后，先进行抽真空排气，然后预固化，最后进行后固化制成。该浇注体具有耐高温性能好，固化温度低的特性。