[发明专利]一种磷酸酯基咪唑离子液体改性水性环氧树脂的制备方法

说明书

本发明公布了一种磷酸酯基咪唑离子液体改性水性环氧树脂的制备方法，先将3‑烷基咪唑与磷酸酯反应制备磷酸酯基咪唑离子液体，再与环氧树脂共混，在脂肪胺固化剂作用下固化，使其冲击韧性将被大幅度提高，同时其热性能以及加工性能改善，最后浇注到模具中脱气、烘干、固化得到改性水性环氧树脂。解决自乳化固化剂乳化能力差，制备的水性环氧树脂存贮时间短，磷基阻燃固化剂在高温下易分解的问题。

技术领域

本发明涉及一种磷酸酯基咪唑离子液体改性水性环氧树脂的制备方法，属涂料化工领域。

背景技术

环氧树脂具有优异的附着性、耐辐照性、热稳定性、耐酸碱性、绝缘性及机械强度等而被广泛应用于涂料、粘合剂及复合材料等各个领域。然而，作为高分子材料的环氧树脂也属于易燃物质，在对阻燃性能有要求的领域中，其应用就受到很大限制。对此，许多研究人员在改进环氧树脂阻燃性能方面做了大量的研究工作，通过加入阻燃剂赋予环氧树脂难燃性，从而拓宽环氧树脂的应用领域。

阻燃剂从成分性质上可以分为有机阻燃剂和无机阻燃剂，卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤阻燃剂。有机阻燃剂是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机阻燃剂主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系等阻燃体系。出于环保要求，一般更青睐非卤阻燃剂。从加入环氧树脂的方式，阻燃剂又可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。顾名思义，前者是通过机械混合方法加入到环氧树脂中；后者则作为一种单体参加聚合反应，成为环氧树脂分子结构的一部分。添加型阻燃剂存在与高分子材料相容性较差、迁移现象严重以及对最终产品性能有不同程度的损害等缺点。因此，非卤反应型阻燃剂是提高环氧树脂阻燃性能的理想助剂。

现有技术公开的固化剂，起阻燃作用的磷基团处于高分子网络的侧链结构中。分子的侧链结构一般分解温度较低，因此该类型的固化剂耐热性较差。而且上述自乳化固化剂体系是非离子型的，乳化能力较差，制备得到的水性环氧树脂不适合长期贮存。

李继新等人的研究“功能化离子液体的合成及对环氧树脂的改性”，采用阳离子开环聚合法合成端羟基聚环氧氯丙烷(PECH),然后将其与N-乙基咪唑反应,制备咪唑型聚醚离子液体(PIL)，再将咪唑型聚醚离子液体与通用型环氧树脂(EP)进行共混,在苯胺固化剂作用下固化成型。其研究成果中冲击强度高达14.86kJ/m²。

冀茹鑫等人的研究“磷酸酯类离子液体对环氧树脂改性的研究”，将1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯离子液体(EMIMDEP)与环氧树脂(EP)共混，并以4，4’-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂制备了环氧复合材料(EP/ILs)，EMIMDEP降低了环氧体系的固化温度，促进交联反应使固化热升高。EMIMDEP能够同时提高EP/ILs的冲击性能和阻燃性，当EMIMDEP加入质量分数为4％时，复合材料的冲击强度提高了128％，氧指数达到29.8％，EMIMDEP有凝聚相阻燃作用。

本发明的改性水性环氧树脂中的磷酸酯基的咪唑离子液体，是由烷基咪唑和磷酸三酯制备而成，含有大量的氮和磷，具有良好的阻燃效果。此外，本发明所述环氧树脂采用机械混合方法制备，中间产物无需分离和纯化，制备工艺简单。

发明内容

本发明旨在解决自乳化固化剂乳化能力差，制备的水性环氧树脂存贮时间短，磷基阻燃固化剂在高温下易分解的问题，提供了一种磷酸酯基咪唑离子液体改性水性环氧树脂的制备方法，先制备磷酸酯基咪唑离子液体，再与环氧树脂共混，在脂肪胺固化剂作用下固化，使其冲击韧性将被大幅度提高，同时其热性能以及加工性能改善。

本发明的技术方案是一种磷酸酯基咪唑离子液体改性水性环氧树脂的制备方法，其步骤是：

(1)将3-烷基咪唑与磷酸酯按摩尔比为1：1～2混合，加入到三口烧瓶中，油浴加热至120～150℃回流9～10小时后，冷却至室温，用乙醚作为萃取剂除去未反应的磷酸酯和3-烷基咪唑，将萃取的粗产品在室温下旋蒸除去挥发性杂质，即制得磷酸酯基咪唑离子液体；