发明概述
本发明使用包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分的环氧树脂与每分子包含两个以上的反应性氢原子的化合物反应以制备加合物。可以将得到的加合物与一种或多种环氧树脂,和任选地,与固化剂和/或催化剂共混以形成可固化环氧树脂组合物。通过固化可固化环氧树脂组合物,可以获得固化环氧树脂。
本发明的一个方面涉及一种加合物,其包含(i)环氧树脂材料(A)和(ii)反应性化合物(B)的至少一种反应产物;其中所述环氧树脂材料(A)包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分;并且其中所述反应性化合物(B)包含每分子具有两个以上的反应性氢原子的化合物,并且所述反应性氢原子具有与环氧基的反应性。
本发明的另一方面涉及一种加合物,其包含(i)环氧树脂材料(A),(ii)反应性化合物(B),和(iii)树脂化合物(C)的至少一种反应产物;其中所述环氧树脂材料(A)包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分;其中所述反应性化合物(B)包含每分子具有两个以上的反应性氢原子的化合物,并且所述反应性氢原子具有与环氧基的反应性;并且其中所述树脂化合物(C)包含一种或多种除环氧树脂材料(A)之外的环氧树脂。
本发明的另一方面涉及一种用于制备上述加合物的方法。
本发明的另一方面涉及一种可固化环氧树脂组合物,其包含(a)加合物和(b)树脂化合物(D);其中所述加合物包含(i)环氧树脂材料(A)和(ii)反应性化合物(B),和任选地,树脂化合物(C)的至少一种反应产物;其中所述环氧树脂材料(A)包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分;其中所述反应性化合物(B)包含每分子具有两个以上的反应性氢原子的化合物,并且所述反应性氢原子具有与环氧基的反应性;其中任选的树脂化合物(C)包含一种或多种除了环氧树脂材料(A)之外的环氧树脂;并且其中所述树脂化合物(D)包含一种或多种除了环氧树脂材料(A)之外和除了环氧树脂化合物(C)之外的环氧树脂。
本发明的另一个方面涉及一种固化上述可固化环氧树脂组合物的方法。
本发明的另一方面涉及一种通过固化可固化环氧树脂组合物的上述方法制备的固化环氧树脂。
发明详述
在以下详细描述中,结合其优选实施方案描述本发明的具体实施方案。然而,就以下描述特定于本技术的具体实施方案或具体用途来说,其意欲仅为示例性的并且仅提供示例实施方案的精确描述。因此,本发明不限于以下描述的具体实施方案,而是;本发明包括落入后附权利要求的真实范围内的所有备选方案、变化和等同物。
除非另外说明,对物质、化合物或组分的提及包括该物质、化合物或组分自身,以及与其它物质、化合物或组分的组合,例如化合物的混合物或组合。
如本文中使用的,单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数引用,除非上下文清楚地另外规定。
如上指出,本发明的一个方面是一种本发明的加合物,其包含(i)环氧树脂材料(A)和(ii)反应性化合物(B)的至少一种反应产物;其中所述环氧树脂材料(A)包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分;并且其中所述反应性化合物(B)包含每分子具有两个以上的反应性氢原子的化合物,并且所述反应性氢原子具有与环氧基的反应性。
用于本文时,术语“加合物”意为两个以上的独特分子直接加成的产物,得到单一反应产物。认为得到的反应产物或加合物是来自反应物的独特分子种类。
如本文使用的,术语“顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分”表示在环氧树脂中包含四种几何异构体,即顺式-1,3-环己烷二甲基醚,反式-1,3-环己烷二甲基醚结构,顺式-1,4-环己烷二甲基醚,和反式-1,4-环己烷二甲基醚的结构或化学结构的共混物。四种几何异构体由下列结构显示:
通常,本发明的环氧树脂材料(A)通过包括使下列物质反应的方法(例如,环氧化反应方法)制备:(a)顺式-1,3-环己烷二甲醇,反式-1,3-环己烷二甲醇,顺式-1,4-环己烷二甲醇,和反式-1,4-环己烷二甲醇的混合物(也称为顺式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇)与(b)表卤代醇,和(c)碱性作用物质。所述方法可以任选地包括,(d)溶剂和/或(e)催化剂。所述方法可以为,例如,浆液环氧化方法,无水环氧化方法,或路易斯酸催化的偶联和环氧化方法。
用于制备本发明的环氧树脂材料(A)的顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的混合物可以包含控制量的顺式、反式-1,3-环己烷二甲醇,例如,基于混合物的总重量,约1重量%至约99重量%,优选约15重量%至约85重量%,更优选约40重量%至约60重量%的顺式、反式-1,3-环己烷二甲醇。
包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分的环氧树脂和用于制备其的方法的详细描述提供在共同待审的美国专利申请序号______(代理人案卷号64833)中,该美国专利申请通过引用结合在此。
已经发现,如在共同待审的美国专利申请序号______(代理人案卷号64833)中公开的,包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分的环氧树脂具有改善的性质,如在室温没有结晶和与仅包含顺式、反式-1,4-环己烷二甲基醚部分的环氧树脂相比较低的粘度。这些改善的性质提高了环氧树脂接受较高固体含量的能力。此外,如在上述共同待审的专利申请中公开的一些包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分的环氧树脂具有非常低的氯化物(包括离子的,可水解的和总的氯化物)含量和高的二缩水甘油醚含量,这提供环氧树脂提高的与常规环氧树脂固化剂的反应性,降低的潜在腐蚀性,和改善的电性质。
本发明的环氧树脂材料(A)包含顺式、反式-1,3-和-1,4-环己烷二甲基醚部分。优选地,环氧树脂材料(A)包含下列环氧树脂中的一种:
(1)环氧树脂,其包含顺式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,和反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚(也称为顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚);
(2)环氧树脂,其包含顺式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,和它们的一种或多种低聚物;
(3)环氧树脂,其包含顺式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,顺式-1,3-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,和反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚;或
(4)环氧树脂,其包含顺式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚,顺式-1,3-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,和它们的一种或多种低聚物。
上述环氧树脂(3)和(4)可以包含控制量的顺式-1,3-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,反式-1,3-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,顺式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚,和反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚(也称为顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的单二缩水甘油醚)。例如,基于环氧树脂材料(A)的总重量,单缩水甘油醚的量可以在约0.1重量%至约90重量%的范围内;优选地,在约0.1重量%至约20重量%的范围内;并且更优选地,在约0.1重量%至约10重量%的范围内。
相对于低聚物的不同量的顺式、反式-1,3-环己烷二甲醇的单和二缩水甘油醚可以存在于所述环氧树脂材料(A)中以影响在制备本发明的加合物的方法中作为反应物的环氧树脂材料(A)的性质以及所述加合物产物的最终性质。
例如,如果所述环氧树脂材料(A)具有更高的顺式、反式-1,3-环己烷二甲醇的单和二缩水甘油醚含量并且基本上不含低聚物,所述环氧树脂材料(A)通常处于液体形式并且具有更低的粘度。包含环氧树脂材料(A)的反应物通常有利于产生处于液体形式并且具有更低粘度或更低软化点或熔点的加合物。
不同量的各种几何异构体也可以存在于环氧树脂材料(A)中以影响在制备所述加合物的方法中作为反应物的环氧树脂材料(A)的性质以及所述加合物产物的最终性质。
例如,如果所述环氧树脂材料(A)具有更高的一种或多种顺式异构体含量,所述环氧树脂材料(A)通常以液体形式存在并且具有更低的粘度。包含所述环氧树脂材料(A)的反应物通常有利于处于液体形式并且具有更低粘度或更低软化点或熔点的加合物的产生。
相对于顺式、反式-1,3和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的不同量的顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚也可以存在于所述环氧树脂材料(A)中,以影响在制备所述加合物的方法中作为反应物的环氧树脂材料(A)的性质以及所述加合物产物的最终性质。
例如,如果所述环氧树脂材料(A)具有更高的顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚含量,其通常有利于具有低官能性的加合物的产生。所述加合物的官能性指在所述加合物中存在的每分子反应性氢原子的数目。所述反应性氢原子是在固化反应中与环氧基具有反应性的氢原子。
其它微量组分可以在所述环氧树脂材料(A)中存在。所述微量组分的量和类型可以取决于在环氧树脂材料(A)中存在的成分的具体化学性质和用于制备环氧树脂材料(A)的方法来变化。一般地,基于所述环氧树脂材料(A)的总重量,所述环氧树脂材料(A)可以包含约0.01%到少于约10%,并优选地,0.01%到约5%的微量组分。微量组分的实例可以包括二缩水甘油醚(2-环氧丙基醚),氯代醇中间体,和其组合。
在本发明中使用与环氧树脂材料(A)反应以形成加合物的反应性化合物(B)包含至少一种每分子具有两个以上的反应性氢原子的化合物。所述反应性氢原子具有与环氧基的反应性,所述环氧基如在环氧树脂材料(A)中包含的那些环氧基。
术语“反应性氢原子”,用于本文时意为氢原子具有与环氧基的反应性。所述反应性氢原子不同于其它氢原子,包括在形成加合物的反应中与环氧基不具有反应性,但是可以在后来固化具有一个或多个环氧树脂的加合物的方法中与环氧基具有反应性的那些氢原子。
当在形成加合物的反应中存在其它官能团时,在形成加合物的方法中氢原子可以不具有与环氧基的反应性,但是在后来固化具有环氧树脂的加合物的方法中具有反应性,在所用的反应条件下,所述其它官能团与环氧基更具反应性。例如,反应性化合物(B)可以具有两种不同的官能团,每种具有至少一个反应性氢原子,其中在所用的反应条件下,与其它官能团相比,一种官能团固有地与环氧基更具反应性。这些反应条件可以包括使用这样的催化剂,所述催化剂针对一种官能团的一个或多个反应性氢原子与环氧基的反应,比针对另一种官能团的一个或多个反应性氢原子与环氧基的反应更有利。
其它非反应性氢原子也可以包括在产生加合物的方法中、在环氧化物开环反应过程中形成的仲羟基基团中的氢原子。
反应性化合物(B)包含至少一种每分子具有两个以上的反应性氢原子的化合物,所述反应性化合物(B)还可以在反应性化合物(B)结构中包含脂族、脂环族或芳香族基团。
所述脂族基团可以是支化的或未支化的。所述脂族或脂环族基团也可以是饱和或不饱和的,并且可以包含一个或多个取代基,其对于制备本发明的加合物包括反应物和产物的过程是惰性(不具反应性)的。所述取代基可以附于末端碳原子或可以在两个碳原子之间,这取决于取代基的化学结构。所述惰性取代基的实例包括卤素原子,优选氯或溴、腈、硝基、烷氧基、酮基、醚(-O-)、硫醚(-S-)或叔胺。芳香环,如果存在于反应性化合物(B)结构中,可以包含一个或多个杂原子如N,O,S等。
反应性化合物(B)的实例可以包括化合物如(a)联苯酚和多酚;(b)二羧酸和聚羧酸;(c)二硫醇和聚硫醇;(d)二胺和多胺;(e)伯单胺;(f)磺酰胺;(g)氨基苯酚;(h)氨基羧酸;(i)包含酚式羟基的羧酸;(j)磺胺;和(k)所述化合物的任何两种以上的任何组合,等。
联苯酚和多酚(a)的实例包括1,2-二羟基苯(邻苯二酚),1,3-二羟基苯(间苯二酚),1,4-二羟基苯(氢醌),4,4’-异亚丙基联苯酚(双酚A),4,4’-二羟基二苯基甲烷,3,3’,5,5’-四溴双酚A,4,4’-硫代联苯酚,4,4’-磺酰基联苯酚,2,2′-磺酰基联苯酚,4,4’-二羟基二苯基氧化物,4,4’-二羟基二苯甲酮,1,1’-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷,3,3’,5,5’-四氯双酚A,3,3’-二甲氧基双酚A,3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二羟基联苯,4,4’-二羟基联苯,4,4’-二羟基-α-甲基均二苯代乙烯,4,4’-二羟基苯甲酰苯胺,4,4’-二羟基均二苯代乙烯,4,4’-二羟基-α-氰基均二苯代乙烯,1,1-双(4-羟基苯基)环己烷,1,4-二羟基-3,6-二甲基苯,1,4-二羟基-3,6-二甲氧基苯,1,4-二羟基-2-叔丁基苯,1,4-二羟基-2-溴-5-甲基苯,1,3-二羟基-4-硝基苯酚,1,3-二羟基-4-氰基苯酚,三(羟基苯基)甲烷,二环戊二烯或其低聚物和苯酚或取代的苯酚缩合产物,和其任何混合物。
二羧酸和聚羧酸(b)的实例包括4,4’-二羧基二苯基甲烷,对苯二甲酸,间苯二甲酸,1,4-环己烷二羧酸,1,6-己烷二羧酸,1,4-丁烷二羧酸,二环戊二烯二羧酸,三(羧基苯基)甲烷,1,1-双(4-羧基苯基)环己烷,3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二羧基联苯,4,4’-二羧基-α-甲基均二苯代乙烯,1,4-双(4-羧基苯基)-反式-环己烷,1,1’-双(4-羧基苯基)环己烷,1,3-二羧基-4-甲基苯,1,3-二羧基-4-甲氧基苯,1,3-二羧基-4-溴苯,和其任何组合。
二硫醇和聚硫醇(c)的实例包括1,3-苯二硫酚,1,4-苯二硫酚,4,4’-二巯基二苯基甲烷,4,4’-二巯基二苯基氧化物,4,4’-二巯基-α-甲基均二苯代乙烯,3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二巯基联苯,1,4-环己烷二硫酚,1,6-己烷二硫酚,2,2’-二巯基二乙醚,1,2-二巯基丙烷,双(2-巯基乙基)硫化物,三(巯基苯基)甲烷,1,1-双(4-巯基苯基)环己烷,和其任何组合。
二胺和多胺(d)的实例包括1,2-二氨基苯,1,3-二氨基苯,1,4-二氨基苯,4,4’-二氨基二苯基甲烷,4,4’-二氨基二苯基砜,2,2′-二氨基二苯基砜,4,4’-二氨基二苯基氧化物,3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二氨基联苯,3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯,4,4’-二氨基-α-甲基均二苯代乙烯,4,4’-二氨基苯甲酰苯胺,4,4’-二氨基均二苯代乙烯,1,4-双(4-氨基苯基)-反式-环己烷,1,1-双(4-氨基苯基)环己烷,三(氨基苯基)甲烷,1,4-环己烷二胺,1,6-己烷二胺,哌嗪,乙二胺,二亚乙基三胺(diethyletriamine),三亚乙基四胺,四亚乙基五胺,1-(2-氨基乙基)哌嗪,双(氨基丙基)醚,双(氨基丙基)硫化物,双(氨基甲基)降冰片烷,2,2’-双(4-氨基环己基)丙烷,和其任何组合。
伯单胺(e)的实例包括苯胺,4-氯苯胺,4-甲基苯胺,4-甲氧基苯胺,4-氰基苯胺,2,6-二甲基苯胺,4-氨基二苯基氧化物,4-氨基二苯基甲烷,4-氨基二苯基硫化物,4-氨基二苯甲酮,4-氨基联苯,4-氨基均二苯代乙烯,4-氨基-α-甲基均二苯代乙烯,甲胺,4-氨基-4’-硝基均二苯代乙烯,正己胺,环己胺,氨基降冰片烷,和其任何组合。
伯单胺代表本发明的反应性化合物(B)的具体一类。根据本发明,伯单胺与环氧树脂材料(A)如顺式和反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的反应产生这样的加合物,其关于在加合物中存在的反应性氢原子(例如当将伯单胺用作反应性化合物(B)时的胺氢原子)基本上是双官能的(即,加合物具有约2的官能度)。该双官能加合物可以用作将环氧树脂固化的直链增链剂。所述双官能加合物提供到环氧树脂结构的直链延伸(linear chainextension)来取代环氧树脂结构的交联。也可以将其它种类的反应性化合物(B)如仲二胺用于形成双官能加合物,可以将所述双官能加合物用作将环氧树脂固化的直链增链剂。
作为本发明优选实施方案的一般举例,环氧树脂(E-树脂)可以与双官能加合物(加合物A1)反应,所述双官能加合物包含每分子具有两个反应性氢原子的化合物。所述加合物A1提供向E-树脂结构的直链延伸。由所述加合物A1提供的直链延伸功能可以用于给固化的E-树脂赋予韧性。此外,所述加合物A1还可以与和所述加合物A1不同的另一种加合物(加合物A2),固化剂或其任何混合物交联。提供直链延伸的加合物A1可以单独与E-树脂反应,之后与加合物A2,固化剂,或其混合物交联。备选地,提供直链延伸的加合物A1可以与加合物A2、固化剂,或其混合物一起加入E-树脂以同时对E-树脂结构提供直链延伸和交联。
例如,从顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚和伯单胺制备的仲二胺加合物与E-树脂反应以给E-树脂提供直链延伸。在E-树脂中的剩余环氧基可以与每分子具有2个以上的反应性氢原子的固化剂如聚亚烷基聚胺反应,从而诱导E-树脂的交联。可以单独或同时进行E-树脂的直链延伸和交联。
当顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚与顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚一起在形成本发明的加合物中作为环氧树脂材料(A)存在时,形成的加合物关于在所述加合物中存在的一个或多个反应性氢原子可以基本上是单官能的,并且因此单缩水甘油醚在将环氧树脂固化中或在直链延伸过程中作为链终止剂发挥功能。当单缩水甘油醚与伯单胺或仲二胺反应时,特别地导致单官能性。
氨代表本发明的反应性化合物(B)的另一具体种类。可以将所述氨以液化氨(NH3)或氢氧化铵(NH4OH)的形式使用。
磺酰胺(f)的实例包括苯基磺酰胺,4-甲氧基苯基磺酰胺,4-氯苯基磺酰胺,4-溴苯基磺酰胺,4-甲基磺酰胺,4-氰基磺酰胺,2,6-二甲基苯基磺酰胺,4-亚磺酰氨基二苯基氧化物,4-亚磺酰氨基二苯基甲烷,4-亚磺酰氨基二苯甲酮,4-磺酰基酰氨基联苯,4-亚磺酰氨基均二苯代乙烯,4-亚磺酰氨基-α-甲基均二苯代乙烯,和其任何组合。
氨基苯酚(g)的实例包括邻氨基苯酚,间氨基苯酚,对氨基苯酚,2-甲氧基-4-羟基苯胺,3,5-二甲基-4-羟基苯胺,3-环己基-4-羟基苯胺,2,6-二溴-4-羟基苯胺,5-丁基-4-羟基苯胺,3-苯基-4-羟基苯胺,4-(1-(3-氨基苯基)-1-甲基乙基)苯酚,4-(1-(4-氨基苯基)乙基)苯酚,4-(4-氨基苯氧基)苯酚,4-((4-氨基苯基)硫代)苯酚,(4-氨基苯基)(4-羟基苯基)甲酮,4-((4-氨基苯基)磺酰基)苯酚,4-(1-(4-氨基-3,5-二溴苯基)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯酚,N-甲基-对氨基苯酚,4-氨基-4’-羟基-α-甲基均二苯代乙烯,4-羟基-4’-氨基-α-甲基均二苯代乙烯,和其任何组合。
氨基羧酸(h)的实例包括2-氨基苯甲酸,3-氨基苯甲酸,4-氨基苯甲酸,2-甲氧基-4-氨基苯甲酸,3,5-二甲基-4-氨基苯甲酸,3-环己基-4-氨基苯甲酸,2,6-二溴-4-氨基苯甲酸,5-丁基-4-氨基苯甲酸,3-苯基-4-氨基苯甲酸,4-(1-(3-氨基苯基)-1-甲基乙基)苯甲酸,4-(1-(4-氨基苯基)乙基)苯甲酸,4-(4-氨基苯氧基)苯甲酸,4-((4-氨基苯基)硫代)苯甲酸,(4-氨基苯基)(4-羧基苯基)甲酮,4-((4-氨基苯基)磺酰基)苯甲酸,4-(1-(4-氨基-3,5-二溴苯基)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯甲酸,N-甲基-4-氨基苯甲酸,4-氨基-4’-羧基-α-甲基均二苯代乙烯,4-羧基-4’-氨基-α-甲基均二苯代乙烯,甘氨酸,N-甲基甘氨酸,4-氨基环己烷羧酸,4-氨基己酸,4-哌啶羧酸,5-氨基邻苯二甲酸,和其任何组合。
羧酸(i)的实例包括2-羟基苯甲酸,3-羟基苯甲酸,4-羟基苯甲酸,2-甲氧基-4-羟基苯甲酸,3,5-二甲基-4-羟基苯甲酸,3-环己基-4-羟基苯甲酸,2,6-二溴-4-羟基苯甲酸,5-丁基-4-羟基苯甲酸,3-苯基-4-羟基苯甲酸,4-(1-(3-羟基苯基)-1-甲基乙基)苯甲酸,4-(1-(4-羟基苯基)乙基)苯甲酸,4-(4-羟基苯氧基)苯甲酸,4-((4-羟基苯基)硫代)苯甲酸,(4-羟基苯基)(4-羧基苯基)甲酮,4-((4-羟基苯基)磺酰基)苯甲酸,4-(1-(4-羟基-3,5-二溴苯基)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯甲酸,4-羟基-4’-羧基-α-甲基均二苯代乙烯,4-羧基-4’-羟基-α-甲基均二苯代乙烯,2-羟基苯基乙酸,3-羟基苯基乙酸,4-羟基苯基乙酸,4-羟基苯基-2-环己烷羧酸,4-羟基苯氧基-2-丙酸,和其任何组合。
磺胺(j)的实例包括邻-磺胺,间磺胺,对磺胺,2-甲氧基-4-氨基苯甲酸,2,6-二甲基-4-亚磺酰氨基-1-氨基苯,3-甲基-4-亚磺酰氨基-1-氨基苯,5-甲基-3-亚磺酰氨基-1-氨基苯,3-苯基-4-亚磺酰氨基-1-氨基苯,4-(1-(3-亚磺酰氨基苯基)-1-甲基乙基)苯胺,4-(1-(4-亚磺酰氨基苯基)乙基)苯胺,4-(4-亚磺酰氨基苯氧基)苯胺,4-((4-亚磺酰氨基苯基)硫代)苯胺,(4-亚磺酰氨基苯基)(4-氨基苯基)甲酮,4-((4-亚磺酰氨基苯基)磺酰基)苯胺,4-(1-(4-亚磺酰氨基-3,5-二溴苯基)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯胺,4-亚磺酰氨基-1-N-甲基氨基苯,4-氨基-4’-亚磺酰氨基-α-甲基均二苯代乙烯,4-亚磺酰氨基-4’-氨基-α-甲基均二苯代乙烯,和其任何组合。
在本发明的另一方面中,本发明的加合物可以包含(i)上述环氧树脂材料(A),(ii)上述反应性化合物(B)和(iii)树脂化合物(C)的至少一种反应产物;其中所述树脂化合物(C)包含一种或多种除环氧树脂材料(A)之外的环氧树脂。
可以用作除了环氧树脂材料(A)之外的树脂化合物(C)的环氧树脂可以是任何包含环氧基的化合物(epoxide-containing compound),其具有平均每分子一个以上的环氧基。可以将所述环氧基附于任何氧、硫或氮原子,或可以将单键氧原子附于-CO-O-基团的碳原子。可以将氧、硫、氮原子或-CO-O-基团的碳原子附于脂族、脂环族、多环脂族或芳香烃基团。所述脂族、脂环族、多环脂族或芳香烃基团可以用任何惰性取代基取代,所述惰性取代基包括,但不限于,卤素原子,优选地氟、溴或氯;硝基;或可以将所述基团附于包含平均超过一个-(O-CHRa-CHRa)t-基团的化合物的末端碳原子,其中每个Ra独立地是氢原子或包含1-2个碳原子的烷基或卤代烷基基团,条件是仅一个Ra基团可以是卤代烷基,并且t具有1到约100的值,优选地1到约20的值,更优选地1到约10的值,和最优选地1-约5的值。
可以用作树脂化合物(C)的环氧树脂的更具体的实例包括:下列的二缩水甘油醚:1,2-二羟基苯(邻苯二酚);1,3-二羟基苯(间苯二酚),1,4-二羟基苯(氢醌),4,4’-异亚丙基二苯酚(双酚A),4,4’-二羟基二苯基甲烷,3,3’,5,5’-四溴双酚A,4,4’-硫代二苯酚;4,4’-磺酰基二苯酚;2,2′-磺酰基二苯酚;4,4’-二羟基二苯基氧化物;4,4’-二羟基二苯甲酮;1,1’-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷;3,3’-5,5’-四氯双酚A;3,3’-二甲氧基双酚A;4,4’-二羟基联苯;4,4’-二羟基-α-甲基均二苯代乙烯;4,4’-二羟基苯甲酰苯胺;4,4’-二羟基均二苯代乙烯;4,4’-二羟基-α-氰基均二苯代乙烯;N,N’-双(4-羟基苯基)对苯二甲酰胺;4,4’-二羟基偶氮苯;4,4’-二羟基-2,2’-二甲基氧化偶氮苯;4,4′-二羟基二苯基乙炔;4,4′-二羟基查耳酮;4-羟基苯基-4-羟基苯甲酸酯;一缩二丙二醇,聚(丙二醇),硫二甘醇;三(羟基苯基)甲烷的三缩水甘油醚;苯酚或烷基或卤素取代的苯酚-醛酸催化的缩合产物(酚醛清漆树脂)的多缩水甘油醚;下列各项的四缩水甘油胺:4,4′-二氨基二苯基甲烷;4,4′-二氨基均二苯代乙烯;N,N′-二甲基-4,4′-二氨基均二苯代乙烯;4,4′-二氨基苯甲酰苯胺;4,4′-二氨基联苯;二环戊二烯或其低聚物和苯酚或烷基或卤素取代的苯酚的缩合产物的多缩水甘油醚;和其任何组合。
可以用作树脂化合物(C)的环氧树脂还可以包括先进(advanced)环氧树脂产物。所述先进环氧树脂可以是与包含芳香族含二羟基和多羟基或羧酸的化合物的先进反应(advancement reaction)的产物。在先进反应中使用的环氧树脂可以包括适合于包含二缩水甘油醚或聚缩水甘油醚的树脂化合物(B)的前述环氧树脂中的任何一种或多种。
芳族含二和多羟基或羧酸的化合物的实例包括氢醌,间苯二酚,邻苯二酚,2,4-二甲基间苯二酚;4-氯间苯二酚;四甲基氢醌;双酚A;4,4′-二羟基二苯基甲烷(4,4′-dihydroxydiphenyimethane);4,4′-硫代二苯酚;4,4′-磺酰基二苯酚;2,2′-磺酰基二苯酚;4,4′-二羟基二苯基氧化物;4,4′-二羟基二苯甲酮;1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷;4,4′-双(4(4-羟基苯氧基)-苯基砜)二苯基醚;4,4′-二羟基二苯基二硫化物;3,3′,3,5′-四氯-4,4′-异亚丙基二苯酚;3,3′,3,5′-四溴-4,4′-异亚丙基二苯酚;3,3′-二甲氧基-4,4′-异亚丙基二苯酚;4,4′-二羟基联苯;4,4′-二羟基-α-甲基均二苯代乙烯;4,4′-二羟基苯甲酰苯胺;双(4-羟基苯基)对苯二甲酸酯;N,N′-双(4-羟基苯基)对苯二甲酰胺;双(4′-羟基二苯基)对苯二甲酸酯;4,4′-二羟基苯基苯甲酸酯;双(4′-羟基苯基)-1,4-苯二亚胺;1,1′-双(4-羟基苯基)环己烷;间苯三酚;连苯三酚;2,2′,5,5′-四羟基二苯基砜;三(羟基苯基)甲烷;二环戊二烯二苯酚;三环戊二烯二苯酚;对苯二甲酸;间苯二甲酸;4,4′-苯甲酰苯胺二羧酸;4,4′-苯基苯甲酸酯二羧酸;4,4′-均二苯代乙烯二羧酸;己二酸;和它们的任何组合。
上述先进环氧树脂产品的制备可以使用己知方法进行,例如,环氧树脂与一种或多种每个分子具有平均多于1个反应性氢原子的合适化合物的先进反应,其中反应性氢原子具有与环氧树脂中的环氧基的反应性。
按反应性氢原子的当量数/环氧树脂中环氧基的当量数计,每个分子具有平均多于1个反应性氢原子的化合物与环氧树脂的比率通常为约0.01∶1至约0.95∶1,优选约0.05∶1至约0.8∶1,更优选约0.10∶1至约0.5∶1。
除了前述二羟基芳香族和二羧酸化合物以外,平均每个分子具有超过一个反应性氢原子的化合物的实例还可以包括二硫酚,二磺酰胺或包含一个伯胺或酰胺基团,两个仲胺基团,一个仲胺基团和一个酚式羟基基团,一个仲胺基团和一个羧酸基团,或一个酚式羟基基团和一个羧酸基团的化合物,和其任何组合。
先进反应可以在存在或不存在溶剂的情况下并且应用加热和搅拌进行。先进反应可以在大气、超大气或低于大气的压力并且在约20℃至约260℃,优选地,约80℃至约240℃,更优选约100℃至约200℃的温度进行。
完成先进反应所需的时间取决于诸如下列因素:采用的温度,采用的每个分子具有多于1个反应性氢原子的化合物的化学结构,和采用的环氧树脂的化学结构。较高温度可能需要较短反应时间,而较低温度需要较长的反应时间。
一般地,用于完成先进反应的时间的范围可以从约5分钟到约24小时,优选地从约30分钟到约8小时,和更优选地从约30分钟到约4小时。
还可以将催化剂加入先进反应中。催化剂的实例可以包括膦,季铵化合物,化合物和叔胺。催化剂可以以基于环氧树脂的总重量的约0.01重量%至约3重量%,优选约0.03重量%至约1.5重量%,更优选约0.05重量%至约1.5重量%的量使用。
关于可用于制备用于用于本发明的树脂化合物(B)的先进环氧树脂产品的先进反应的其它细节提供在美国专利5,736,620中和Henry Lee和KrisNeville的环氧树脂手册(Handbook of Epoxy Resins)中,该美国专利和环氧树脂手册通过引用结合在此。
本发明的加合物是环氧树脂材料(A),反应性化合物(B)和,任选地,树脂化合物(C)的反应产物。
根据本发明,在反应混合物中提供足量的环氧树脂材料(A)和如果使用的树脂化合物(C),和过量的反应性化合物(B)以形成本发明的加合物。在形成本发明的加合物的反应(也称为“加合反应”)结束时,所述环氧树脂材料(A)中的基本上所有的环氧基都与反应性化合物(B)中的反应性氢原子反应。在反应结束时,可以去除未反应的反应性化合物(B),或未反应的反应性化合物(B)可以作为加合物产物的一部分余下。
一般地,按反应性化合物(B)中的反应性氢原子的当量数/环氧树脂材料(A)和如果使用的树脂化合物(C)中的环氧基的当量数计,反应性化合物(B)与环氧树脂材料(A)的比率为约2∶1至约100∶1,优选地从约3∶1至约60∶1,和更优选地从约4∶1至约40∶1。
可以将催化剂用于制备本发明的加合物。催化剂的实例包括膦、季铵化合物、化合物、叔胺和其任何混合物。
所用的催化剂的量,如果有的话,取决于用于制备加合物的具体反应物和所用的催化剂的类型。一般地,基于加合物的总重量,催化剂可以以约0.01重量%到约1.5重量%,和优选地从约0.03重量%到约0.75重量%的量使用。
一种或多种溶剂可以存在于本发明的加合反应中。一种或多种溶剂的存在可以提高反应物的溶解性,或如果反应物以固体形式存在,将固体反应物溶解以容易与其它反应物混合。溶剂的存在还可以稀释反应物的浓度从而调节加合物形成反应,从而控制从加合物形成反应产生的热或降低反应物的有效浓度,其又可以影响加合物产物的结构,例如产生具有更少低聚物组分的加合物。
溶剂可以是任何这样的溶剂,其对于加合反应基本上是惰性的,包括对于反应物是惰性的,对于中间体产物(如果有的话)是惰性的,并且对于最终产物是惰性的。用于本发明的适合的溶剂的实例包括脂族烃、脂环族烃和芳香烃、卤代脂族和脂环族烃、脂族和脂环族仲醇、脂族醚、脂族腈、环状醚、乙二醇醚、酯、酮、酰胺、亚砜,和其任何组合。
溶剂的优选实例包括戊烷,己烷,辛烷,环己烷,甲基环己烷,甲苯,二甲苯,甲基乙基酮,甲基异丁基酮,环己酮,N,N-二甲基甲酰胺,二甲亚砜,二乙醚,四氢呋喃,1,4-二烷,二氯甲烷,氯仿,二氯乙烯,甲基氯仿,乙二醇二甲醚,N,N-二甲基乙酰胺,乙腈,异丙醇,和其任何组合。
在加合反应结束时,所述溶剂可以使用常规方法,如例如真空蒸馏来去除。备选地,所述溶剂还可以留在加合物产物中以提供携带溶剂的加合物,其可以在后来使用,例如在制备涂层或薄膜中使用。
加合物形成反应条件可以根据各种因素改变,如使用的反应物的类型和量,使用的催化剂的类型和量,如果有的话,使用的溶剂的类型和量,如果有的话,以及使用的反应物的加入方式。
例如,加合反应可以在大气压(例如,760mm Hg),超大气压或不足一大气压并且在约0℃到约260℃,优选地从约20℃到约200℃,和更优选地从约35℃到约160℃的温度进行。
完成加合反应所需要的时间不仅取决于前述因素,还取决于使用的温度。更高的温度需要更短的时期,而更低的温度需要更长的时期。一般地,完成加合反应的时间优选是约5分钟到约1周,更优选地从约30分钟到约72小时,和最优选地从约60分钟到48小时。
在形成本发明的加合物中,加合反应的时间和温度可以对组分的分布具有显著影响。例如,在更高的反应温度,更短的反应时间的情况下,并且当所述反应性化合物(B)包括每分子仅具有两个反应性氢原子的材料时,所述加合反应有利于形成具有更多低聚物组分的加合物。当所述反应性化合物(B)包括每分子具有超过两个反应性氢原子的材料时,所述加合反应有利于形成具有更多支化或交联组分的加合物。
在进行加合物形成反应中,所述环氧树脂材料(A)可以直接与反应性化合物(B)混合在一起,在递增步骤(incremental steps)中加到反应性化合物(B)中,或连续加入到反应性化合物(B)中。此外,可以在将环氧树脂材料(A)和反应性化合物(B)混合前,将一种或多种溶剂首先加入环氧树脂材料(A)和/或反应性化合物(B)中。
如果使用了环氧树脂材料(A)的递增加入,可以使加入的递增物(increment)的全部或部分反应,之后加入下一递增物。在过量的反应性化合物(B)中反应的环氧树脂材料(A)的递增加入通常有利于形成具有更少量或不具有低聚物组分的加合物。
可以将各种后处理用于制备本发明的加合物的方法从而改变:1)加合物的组分分布(例如,在从顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的单、二缩水甘油醚和其一种或多种低聚物形成的加合物中存在的组分的量的分布),2)加合物的反应性,和/或3)加合物的物理性质。
例如,对于从在顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚(作为环氧树脂材料(A))和环己胺(作为反应性化合物(B))之间的反应制备的加合物,当大的化学计量过量的衍生自环己胺的伯胺基与衍生自顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的环氧基反应时,所述反应可以导致形成具有低含量低聚物组分的加合物。形成的加合物产物还可以包含,作为加合物产物的一部分,高浓度的环己胺作为未反应的反应性化合物(B)。因此,可以将加合物产物的后处理如真空蒸馏用于除去未反应的反应性化合物(B)。
还可以使用用于改变加合物组分分布的其它后处理方法,如,例如重结晶、色谱分离、萃取、区域精制、晶体精制、降膜式蒸馏、转膜蒸馏(wipedfilm distillation)、简单蒸馏、优先化学衍生和去除加合物的一种或多种组分,和其任何组合。
根据本发明,用于形成本发明的加合物的环氧树脂材料(A)和反应性化合物(B)的反应包括开环反应。在开环反应过程中,在环氧树脂材料(A)中的环氧基与反应性化合物(B)中的反应性氢原子反应以得到特征性2-羟基丙基官能度作为环氧树脂材料(A)的残余结构和反应性化合物(B)的残余结构之间的连接。
本发明的加合物的实例是顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚(作为环氧树脂材料(A))和环己胺(作为反应性化合物(B))的反应产物。下面的加合物结构显示2-羟丙基官能度作为在环氧树脂材料(A)的残余结构和反应性化合物(B)的残余结构之间的连接(linkages)(几何异构体和取代没有显示):
所述反应性化合物(B)可以是具有双重官能团的化合物,如(f)磺酰胺,(g)氨基苯酚,(h)氨基羧酸,(i)含有酚式羟基的羧酸,和(j)磺胺。可以将这些化合物用于提供具有用于将环氧树脂固化的不同反应性的不同官能团的加合物。这种类型的加合物的实例是氨基苯酚化合物、p-N-甲基氨基甲基苯酚(作为反应性化合物(B))和顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚(作为环氧树脂材料(A))的反应产物。当反应在温和条件下进行时,所述反应提供具有酚式羟基终止的基团的加合物,所述温和条件包括(a)无催化剂,(b)在低温(例如约25℃到约50℃),(c)相对长的反应时间,(d)使用环氧树脂材料(A)对于大的化学计量过量的反应性化合物(B)的递增或缓慢连续加入,和(e)环氧树脂材料(A)和反应性化合物(B)都在溶剂中。下面的加合物结构显示包含酚式羟基终止的基团的加合物(几何异构体和取代没有显示):
还可以使用对一种官能团比对具有环氧基的另一种官能团更有利的催化反应。例如,当将包含至少两种不同的官能团、每一种官能团带有至少一个反应性氢原子的反应性化合物(B)用于形成本发明的加合物时,可以使用这样的催化剂,其针对一种类型的官能团的一个或多个反应性氢原子与环氧基的反应比针对另一种类型的官能团的一个或多个反应性氢原子与环氧基的反应更有利。
所述加合物还可以包含至少一种这样的低聚物组分,所述低聚物组分来自至少两个单独的环氧树脂分子的环氧基与具有已经与反应性化合物(B)中的反应性氢原子反应的环氧基之一的每一个单独的环氧树脂的反应。
这种类型的加合物的实例是顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚和环己胺的反应产物。下面的加合物结构显示低聚物组分衍生自两个单独的顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的至少两个环氧基,所述二缩水甘油醚的每一个具有一个已经与环己胺反应的环氧基(几何异构体和取代没有显示),其中n具有1以上的数值:
所述加合物还可以包含来自任一下列反应的至少一种支化或交联的加合物结构:
(1)在来自已经在环氧树脂的另一个环氧基加合的环氧树脂的环氧基和来自本发明的加合物的2-羟丙基连接的羟基之间的反应;或
(2)在三个单独的环氧树脂分子与来自本发明的反应性化合物(B)的三个反应性氢原子之间的反应。
上述反应(1)的实例是来自顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚与环己胺的加合物的羟基与来自第二个顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的环氧基的反应,所述第二个顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚已经在环氧基中的一个与环己胺加合。将得到的反应产物的化学结构如下显示(几何异构体和取代没有显示):
上述反应(2)的实例是二亚乙基三胺的加合物的氨基氢与顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的反应,其中来自第二个顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的环氧基已经与二亚乙基三胺部分的另一个氨基氢反应。将得到的反应产物的化学结构如下显示(每个二缩水甘油醚分子仅一个末端显示,几何异构体和取代没有显示):
此外,一些微量的结构也存在于本发明的加合物中,例如来自环氧树脂材料(A)的环氧基的水解的1,2-乙二醇基团,或衍生自在形成环氧树脂材料(A)的过程中表卤代醇与中间体卤代醇分子的羟基的加成的卤代甲基。
其它微量结构可以通过在顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的加合物中的主链羟基的反应形成。例如,仲羟基与在一些反应性化合物(B)中存在的羧酸基团的反应导致形成加合物中的主链酯连接。
本发明的可固化环氧树脂组合物包含(a)加合物和(b)树脂化合物(D);其中所述加合物是如上述的本发明的加合物,其包含(ii)环氧树脂材料(A),(ii)反应性化合物(B),和任选地,(iii)树脂化合物(C)的至少一种反应产物。化合物(D),也如上述,包含一种或多种环氧树脂。当固化时,可固化环氧树脂组合物提供包含顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲基醚部分的固化环氧树脂。
术语“可固化”(也称为“可热固的”)意为所述组合物能够经受这样的条件,所述条件使组合物处于固化或热固状态或条件。
术语“固化的”或“热固化的”由L.R.Whittington在惠廷顿塑料字 典(Whittington′s Dictionary of Plastics)(1968)在第239页上如下定义:″在其最终状态作为完成制品的树脂或塑料化合物基本上是难熔的且不溶的。热固性树脂通常在它们制备或加工中的某些阶段是液体,其通过加热、催化或一些其它化学手段固化。在完全固化之后,热固性材料不能通过加热再软化。通常为热塑性的一些塑料可以通过与其它材料交联的手段变为热固性。″
本发明的可固化环氧树脂组合物通过将本发明的加合物与树脂化合物(D)以这样的量混合进行制备,所述量有效固化可固化环氧树脂组合物,要理解所述量将取决于所用的具体的加合物和树脂化合物(D)。
可以用作用于本发明的可固化环氧树脂组合物的树脂化合物(D)的环氧树脂可以是任何包含环氧基的化合物,其平均每个分子具有超过一个环氧基。环氧树脂的实例包括那些环氧树脂,其适合于上述的环氧树脂化合物(C)和环氧树脂材料(A)。
一般地,在用于固化的条件下,按加合物中存在的反应性氢原子的当量数/树脂化合物(D)中的环氧基的当量数计,本发明的加合物与树脂化合物(D)的比率为约0.60∶1到约1.50∶1,和优选地约0.95∶1到约1.05∶1。
本发明的优选的可固化环氧树脂组合物包含本发明的加合物和树脂化合物(D),其中所述树脂化合物(D)包含一种或多种环氧树脂,其包括适合于上述环氧树脂材料(A)的那些环氧树脂,例如所述树脂化合物(D)可以包含一种或多种包含顺式、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲基醚部分的环氧树脂。
本发明的另一种优选的可固化环氧树脂组合物包含(i)本发明的加合物和(ii)树脂化合物(D),其中所述树脂化合物(D)包含一种或多种环氧树脂,并且所述加合物包含环氧树脂材料(A)和反应性化合物(B)的至少一种反应产物。反应性化合物(B),例如,包含脂族或脂环族二胺,脂族或脂环族多胺,脂族或脂环族二羧酸,或脂族或脂环族氨基羧酸,二氨基羧酸,氨基二羧酸,或二氨基二羧酸,或其任何组合。当固化时,所述可固化环氧树脂组合物提供不含任何芳香族基团的固化环氧树脂。
固化本发明的可固化环氧树脂组合物的方法可以在大气压(例如,760mm Hg),超大气压或不足一大气压并且在约0℃到约300℃,优选从约25℃到约250℃,和更优选地,从约50℃到约200℃的温度进行。
完成固化所需要的时间可以取决于使用的温度。更高的温度通常需要更短的时期,而更低的温度通常需要更长的时期。一般地,用于完成固化需要的时间是约1分钟到约48小时,优选地约15分钟到约24小时,并且更优选地从约30分钟到约12小时。
部分固化本发明的可固化环氧树脂组合物以形成乙阶段产物,并接着在随后的时间完全固化乙阶段产物也是可操作的。
本发明的可固化环氧树脂组合物还可以包含固化剂和/或固化催化剂。
用于可固化环氧树脂组合物的固化剂和/或催化剂的实例包括脂族、脂环族、多脂环族或芳香伯单胺,脂族、脂环族、多脂环族或芳香族伯多胺和仲多胺、羧酸及其酐、包含芳香羟基的化合物、咪唑、胍、脲-醛树脂、三聚氰胺-醛树脂、烷氧基化的脲-醛树脂、烷氧基化的三聚氰胺-醛树脂、酰氨基胺、环氧树脂加合物,或其任何组合。
固化剂的特别优选的实例包括,亚甲基二苯胺,4,4′-二氨基均二苯代乙烯,4,4′-二氨基-α-甲基均二苯代乙烯,4,4′-二氨基苯甲酰苯胺,二氰基二酰胺,乙二胺,二亚乙基三胺,三亚乙基四胺,四亚乙基五胺,脲-甲醛树脂,三聚氰胺-甲醛树脂,羟甲基化脲-甲醛树脂,羟甲基化三聚氰胺-甲醛树脂,苯酚-甲醛酚醛清漆树脂,甲酚-甲醛酚醛清漆树脂,磺胺,二氨基二苯基砜,二乙基甲苯二胺,叔丁基甲苯二胺,双-4-氨基环己胺,异佛尔酮二胺,二氨基环己烷,六亚甲基二胺,哌嗪,1-(2-氨基乙基)哌嗪,2,5-二甲基-2,5-己烷二胺,1,12-十二烷二胺,三-3-氨基丙基胺,和其任何组合。
固化催化剂的特别优选的实例包括三氟化硼、三氟化硼醚合物、氯化铝、氯化铁、氯化锌、四氯化硅、氯化锡、四氯化钛、三氯化锑、三氟化硼单乙醇胺配合物、三氟化硼三乙醇胺配合物、三氟化硼哌啶配合物、吡啶-硼烷配合物、二乙醇胺硼酸盐、氟硼酸锌、金属酰化物如辛酸亚锡或辛酸锌,和其任何组合。
固化剂可以以将有效地固化可固化环氧树脂组合物的量使用。固化催化剂的量还将取决于在可固化环氧树脂组合物中使用的具体的加合物,环氧树脂和固化剂,如果有的话。
一般地,可以将固化催化剂以约0.001重量%到约2重量%的总可固化环氧树脂组合物的量使用。此外,可以将一种或多种固化催化剂用于促进或另外改变可固化环氧树脂组合物的固化过程。
可以将固化剂与加合物组合使用以固化可固化环氧树脂组合物。按固化剂和加合物中总计的反应性氢原子的当量数计,组合的固化剂和加合物的量为约0.60∶1到约1.50∶1,和优选地约0.95∶1到约1.05∶1。
还可以将可固化环氧树脂组合物与至少一种添加剂共混,所述添加剂包括,例如固化促进剂、溶剂或稀释剂、改性剂如流动改性剂和/或增稠剂、增强剂、填料、颜料、染料、脱模剂、润湿剂、稳定剂、阻燃剂、表面活性剂,或其任何组合。
所述添加剂可以与加合物或与树脂化合物(D),或同时与加合物和树脂化合物(D)共混,之后用于制备本发明的可固化环氧树脂组合物。
这些添加剂可以以官能当量的量加入,例如,颜料和/或染料可以以将提供组合物所需颜色的量加入。通常,基于可固化环氧树脂组合物的总重量,添加剂的量可以为约0重量%至约20重量%,优选约0.5重量%至约5重量%,更优选约0.5重量%至约3重量%。
可以在本发明中使用的固化促进剂包括,例如,单,二,三和四苯酚;氯化苯酚;脂族或脂环族单或二羧酸;芳族羧酸;羟基苯甲酸;卤化水杨酸;硼酸;芳族磺酸;咪唑;叔胺;氨基醇;氨基吡啶;氨基苯酚;巯基苯酚;和它们的任何混合物。
特别合适的固化促进剂包括2,4-二甲基苯酚,2,6-二甲基苯酚,4-甲基苯酚,4-叔丁基苯酚,2-氯苯酚,4-氯苯酚,2,4-二氯苯酚,4-硝基苯酚,1,2-二羟基苯,1,3-二羟基苯,2,2’-二羟基联苯,4,4’-异亚丙基二苯酚,戊酸,草酸,苯甲酸,2,4-二氯苯甲酸,5-氯水杨酸,水杨酸,对甲苯磺酸,苯磺酸,羟基苯甲酸,4-乙基-2-甲基咪唑,1-甲基咪唑,三乙胺,三丁胺,N,N-二乙基乙醇胺,N,N-二甲基苄胺,2,4,6-三(二甲基氨基)苯酚,4-二甲基氨基吡啶,4-氨基苯酚,2-氨基苯酚,4-巯基苯酚,和它们的任何组合。
可以用于本发明中的溶剂或稀释剂的实例包括,例如,脂族和芳族烃,卤代脂族烃,脂族醚,脂族腈,环状醚,乙二醇醚,酯,酮,酰胺,亚砜,和它们的任何组合。
特别合适的溶剂包括戊烷,己烷,辛烷,甲苯,二甲苯,甲基乙基酮,甲基异丁基酮,N,N-二甲基甲酰胺,二甲亚砜,二乙基醚,四氢呋喃,1,4-二烷,二氯甲烷,氯仿,二氯乙烯,甲基氯仿,乙二醇二甲基醚,二甘醇甲基醚,二丙二醇甲基醚,N-甲基吡咯烷酮,N,N-二甲基乙酰胺,乙腈,环丁砜,和它们的任何组合。
基于可固化环氧树脂共混物组合物的总重量,可以将改性剂如增稠剂和流动改性剂以0重量%到约10重量%,优选地约0.5重量%到约6重量%,和更优选地从约0.5重量%到约4重量%使用。
可以用于本发明中的增强材料包括天然和合成纤维,形式为纺织物,垫,单丝,复丝,单相纤维,粗纱,无规纤维或长丝,无机填料或须,或空心球。其它合适的增强材料包括玻璃,碳,陶瓷,尼龙,人造纤维,棉,芳族聚酰胺,石墨,聚亚烷基对苯二甲酸酯,聚乙烯,聚丙烯,聚酯,和它们的任何组合。
可以用于本发明中的填料包括,例如,无机氧化物,陶瓷微球,塑料微球,玻璃微球,无机须,碳酸钙,和它们的任何组合。
基于可固化环氧树脂组合物的总重量,填料可以以约0重量%至约95重量%,优选约10重量%至约80重量%,更优选约40重量%至约60重量%的量使用。
本发明的加合物可以用作用于生产固化环氧树脂的脂环族固化剂,包括生产完全脂环族/脂族固化环氧树脂(没有芳香环)。
所述加合物还可以用在,例如,涂料,尤其是具有优良耐溶剂性、防潮性、耐磨性和耐候性质的保护性涂料中。本发明的加合物的其它应用可以包括,例如电或结构层压体或复合体,长丝缠绕体(filament winding),模塑体(molding),铸件,封装体等的制备。
实施例
缩写
将下列标准缩写用在实施例和比较实验中:
GC=气相色谱(色谱的)
GPC=凝胶渗透色谱(色谱的)
EEW=环氧当量
AHEW=胺氢当量
RSD=相对标准偏差
DI=去离子的
meq=毫当量
eq=当量
wt=重量
min=分钟
hr=小时
g=克
mL=毫升
L=升
LPM=升/分钟
mm=毫米
M=米
cp=厘泊
CHDM=顺式-、反式-1,3-和1,4-环己烷二甲醇
CHDM MGE=1,3-和1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚
CHDM DGE=1,3-和1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚
EDA=1,2-二氨基乙烷(乙二胺)
DETA=二亚乙基三胺(D.E.H.TM 20)
AEP=1-(2-氨基乙基)哌嗪
DGE BPA=双酚A的二缩水甘油醚
MIBK=甲基异丁酮(4-甲基-2-戊酮)
在以下实施例和比较试验中使用的CHDM为商品级产品,UNOXOLTM Diol(由陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)生产和出售)。CHDM的GC分析揭示了99.5面积%(对于4种单独的异构体,22.3,32.3,19.6,和25.3面积%)的存在,和包含单一少量杂质的0.5面积%余量。
在下列实施例和比较实验中使用的DGE BPA,例外是实施例11部分D,是商业级别的产物,D.E.R.TM 331(由陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany)生产和出售),通过滴定其包含23.38%环氧化物(184.02 EEW)和在25℃平均为12,500cp的标称粘度。在实施例11部分D中使用的DGEBPA也是商业级别的产物(由陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)生产和出售),但是具有186.605的EEW。
D.E.R.、D.E.H.和UNOXOL是陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany)的商标。
分析设备和方法
在实施例和比较试验中使用下列标准分析设备和方法:
气相色谱(GC)分析
采用Hewlett Packard 5890Series II Plus气相色谱仪,使用DB-1毛细管柱(61.4M,0.25mm,Agilent)。将柱保持在处于50℃初始温度的色谱仪烘箱中。将注射器入口和火焰离子化检测器均保持在300℃。通过柱的氦载气流保持在1.1mL/min。温度程序采用在50℃的2分钟保持时间,10℃/min的加热速度至300℃的最终温度,并且在300℃的15min保持时间。当样品被分析具有没有从柱中洗脱的低聚物时,在分析下一个样品之前将色谱仪烘箱保持在300℃直至残余的低聚物被“烧尽”。保留时间大于4种异构体CHDM二缩水甘油醚的保留时间的所有组分在下列实施例和比较试验中被标示为低聚物。本文中使用的术语“不含低聚物的组分”或“基本上不含低聚物的组分”表示,基于环氧树脂产物的总重量,低聚物以小于2重量%,优选小于1重量%,更优选0重量%存在。在以下实施例和比较试验中的所有GC分析以面积%测量,因而不是任何给定组分的定量测量。
用于GC分析的样品通过下列方法制备:收集来自环氧化方法的环氧树脂产物的0.5mL等分样品,并且加入到含有1mL乙腈的小瓶中。然后将乙腈中产物的一部分装入1mL注射器(Norm-Ject,全部聚丙烯/聚乙烯,Henke Sass Wolf GmbH)中,并且通过注射器过滤器(Acrodisc CR 13,具有0.2μm PTFE膜,Pall Corporation,Gelman Laboratories)以移除任何无机盐或碎屑。
I.C.I.锥板粘度
在I.C.I.锥板粘度计(型号VR-4540)上于25℃确定粘度。粘度计配置有0-5泊锭子(型号VR-4105)并且平衡至25℃,校准到0。将样品放置到粘度计上,并且保持2分钟,然后在15秒之后检测粘度并且进行读数。使用被测试的具体产物的新鲜等分样品完成一次或多次重复粘度测试。将各次测量平均。
凝胶渗透色谱(GPC)分析
将保持在40℃的PL-凝胶混合E对柱(PL-gel Mixed E pair of columns)与差示折光计检测器(Waters 410)串联一起使用。在1mL/min的流速使用四氢呋喃作为洗脱剂。注射体积为100微升。将样品在四氢呋喃中稀释至0.45-0.50%的浓度。使用Polymer Laboratories Polyethylene GlycolCalibrants,PEG 10,Lot 16进行校正。对于Mn,Mw,Mw/Mn,Mp和Mz的RSD小于3%,并且对于Mz+1 RSD小于6%,例外是实施例9-11,其中关于Mn,Mw,Mw/Mn,Mp和Mz的RSD少于4%,并且关于Mz+1RSD少于8%。视觉检查色谱图并且选择不同的峰窗(peak window)用于各个峰的单独积分。精度通过分析一式两份的样品确定。Mp(在峰顶点处的分子量)和面积%的RSD对于大于总面积的10%的峰窗小于1%,并且对于小于总面积的10%的峰窗小于10%。将如此得到的面积百分比和峰值分子量平均以提供在下列实施例和比较试验中显示的结果。
可水解的,离子的和总的氯化物分析
可水解氯化物通常产生于偶联产物(例如,氯代醇中间体),其在环氧化方法的过程中没有经由与氢氧化钠的脱氯化氢而环化以提供环氧化物环。
离子氯化物包括来自环氧化方法的氯化钠副产物,其被夹带在环氧树脂产物中。氯化钠在氯代醇与氢氧化钠的脱氯化氢中共同产生。
总的氯化物说明以氯甲基形式结合到环氧树脂结构中的氯。氯甲基作为氯代醇中间体中的仲羟基与表卤代醇(epi)的偶联反应的结果而形成。
离子的和可水解的和总的氯化物使用滴定方法确定,而总的氯化物经由X-射线荧光分析确定。
环氧百分比/环氧当量(EEW)分析
使用标准滴定方法确定在各种环氧树脂中的环氧百分比。将样品称重(在约0.1-0.2g的范围内)并且溶解于二氯甲烷(15mL)中。将在乙酸中的溴化四乙铵溶液(15mL)加入样品中。将得到的溶液用3滴结晶紫溶液(0.1%w/v在乙酸中)处理,并且在Metrohm 665 Dosimat滴定仪(Brinkmann)上用0.1N在乙酸中的高氯酸滴定。空白样品的滴定提供溶剂背景校正,所述空白样品包含二氯甲烷(15mL)和在乙酸中的溴化四乙铵溶液(15mL)。用于此滴定的一般方法在科技文献中找到,例如,Jay,R.R.,“环氧化合物和氮丙啶的直接滴定(Direct Titration of Epoxy Compounds and Aziridines)”,分析化学(Analytical Chemistry),36,3,667-668(1964年3月)。
差示扫描量热法(DSC)
采用DSC 2910 Modulated DSC(TA Instruments),在以45立方厘米/min流动的氮气流下使用7℃/min的加热速率从25℃至250℃。具体样品重量提供在下列实施例和比较试验中。
透明、无填料的铸件的制备
将环氧树脂加合物固化剂和环氧树脂的混合物置于钟罩下,并将所有的气泡在真空下去除,之后制备铸件。将脱气的混合物倾入模具中,所述模具已经预热到50℃,接着在接下来的16小时,将脱气的混合物在50℃的烘箱中保持,从而提供固化的产品(铸件)。使用的模具包含两块6英寸×6英寸铝板。每块板的表面被6英寸×6英寸的涂覆有环氧矽氮烷(siloxazane)聚合物的铝片覆盖。“U”-形1/8英寸间隔框架和“U ”-形内部垫圈位于两块铝模脱离片之间。垫圈由包在硅橡胶套管中的铜线形成。用一系列压缩夹具将模具固定在一起。使用下列程序将在50℃固化的铸件在模具中进行后固化:(a)增加烘箱温度,设定到100℃(需要16-20分钟达到100℃),(b)使烘箱温度在100℃达60分钟,(c)从100℃烘箱中移去模具,并将所述模具置于维持在150℃的烘箱中,(d)将所述烘箱温度保持在150℃达60分钟,(e)移去模具并使其冷却到室温,和(f)一旦冷却到室温,使所述铸件脱模。
挠曲强度和模量测定
使用湿锯(wet saw)(Micro-matic Precision Slicing and Dicing Machine,型号编号WMSA.1015,配置Digital Measuring Display Dynamics ResearchCorporation,型号700 12DO)将后固化的铸件切割以提供五或六块2.5英寸×0.5英寸挠曲测试件。在测试前,将测试件保持在处于73.4+/-3.6℉和50+/-5%相对湿度的恒定温度和湿度的室内40hr。接着,根据ASTMD 790,使用Instron 4505进行测试。
下面的实施例和比较实验还详细举例说明本发明,但是不限于限制其范围。
实施例1
A.具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的表征
包含CHDM MGE和CHDM DGE的环氧树脂的GC分析揭示所述环氧树脂包含下列:3.5面积%CHDM MGE(对于4种单独的异构体,0.9,0.5,1.5,和0.6面积%),90.2面积%CHDM DGE(对于4种单独的异构体,22.2,33.1,10.4,和24.5面积%),5.4面积%低聚物(超过22种微量组分),余量为几种微量杂质。环氧树脂的等分试样的滴定证实30.41%环氧化物(141.52EEW)。环氧树脂的等分试样的粘度(25℃)平均为76cp。对于离子的、可水解的和总的氯化物的分析提供下列结果:83ppm可水解的氯化物,8.156ppm离子的氯化物,0.2304%总的氯化物。GPC分析提供下列结果:Mn=239,Mw=335,Mw/Mn=1.41,Mp=195,Mz=708,Mz+1=2010。对每个峰的峰窗的积分提供下列结果:
|
峰窗 |
Mp |
面积% |
|
A |
195 |
71.1 |
|
B |
326 |
3.5 |
|
C |
446 |
13.8 |
|
D |
651 |
4.8 |
|
E |
830 |
2.4 |
|
F |
1000-6500MW尾 |
4.7 |
B.EDA和具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的加合物的制备
和表征
将500mL 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入EDA(240.34g,4.0摩尔,16胺氢当量)。使用的EDA是获自奥德里奇化学公司(Aldrich ChemicalCompany)的商业级别的产品,其纯度规格为99%。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在-2℃),温度计,克莱森(Claisen)接管,在高处的氮气入口(使用的1LPM N2),和磁力搅拌。将一份(28.30g,0.20环氧当量)的来自上述实施例1部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套加热以提供75℃溶液。开始逐滴加入具有低聚物组分的CHDMMGE和CHDM DGE,同时将其维持在75℃的反应温度。1.9小时后,完成逐滴添加。搅拌得到的浅黄色溶液,并在接下来的20.0小时将其维持在75℃,随后进行旋转式蒸发以去除大量过量的EDA。在真空烘箱中,在75℃完成溶液的另外干燥到40.23g恒重,得到的透明、浅琥珀色液体加合物产物。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示所有的CHDM MGE和CHDM DGE的完全反应已经发生。
将一份EDA反应物加入乙酸(25mL)中,接着使用在乙酸中的高氯酸(0.1N)进行滴定。在用乙酸(25mL)空白样品滴定的校正后,该滴定证实了33.5323meq/g。由于关于EDA计算了每克66.5735meq NH的理论值,通过实验获得的每克33.5323meq的值是关于每克NH2而非NH。将该信息用于提供对于所述加合物产物滴定的必需校正因子。
将一份(0.25g)的加合物产物在氮气下加入乙酸酐(2.5mL)中,接着将其加热到75℃达2小时。在真空烘箱中在125℃完成另外的干燥,经历16小时。将得到的溶液进行旋转式蒸发以去除过量的乙酸和乙酸酐,得到透明、浅琥珀色液体乙酰化的加合物产物。将一份乙酰化的加合物产物加入乙酸(25mL)中,接着使用在乙酸中的高氯酸(0.1N)进行滴定。在用乙酸(25mL)空白样品滴定进行校正后,该滴定证实了0.8114meq/g在所述加合物中存在的叔氮(在所述加合物中的叔胺氮来自于环氧基与伯胺氢的反应,以及随后的第二环氧基与附于同一氮原子上的仲胺氢反应)。将该信息另外用于提供关于所述加合物产物的随后滴定的必需校正因子。
将第二份加合物产物加入乙酸(25mL),接着使用在乙酸中的高氯酸(0.1N)进行滴定。该滴定证实了10.1744meq/g的原始值。重复滴定证实了10.2469meq/g的原始值。两个值均为用乙酸(25mL)空白样品滴定校正后的值。在将NH2滴定关于NH校正以及去除叔氮的校正后,计算所述加合物产物为包含14.10meq的NH/g,或70.92的AHEW。
实施例2-DGE BPA与具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的
EDA加合物的固化
将DGE BPA(2.5955g,0.0141环氧当量)和一份(1.0003g,0.0141胺氢当量)的来自实施例1部分B的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDMDGE的EDA加合物的混合物剧烈搅拌在一起,以得到浑浊液体(在室温缓慢静置分离)。使用11.8mg和13.1mg份的浑浊液体完成DSC分析。观察到可归因于在加合物中的反应性氢原子与环氧基的反应的放热转变,其在90.51℃和89.68℃(平均为90.10℃)具有最大值,分别伴随356.2焦耳/g和343.9焦耳/g的焓(平均350.1焦耳/g)。该放热转变的起始温度分别是54.7℃和53.7℃(平均为54.2℃)。将余下部分的混合物轻微加热,将浑浊液体转化为透明、浅黄色溶液。一旦实现了该溶液状态,开始固化。在室温(在约25℃)完成固化,随后在预热为150℃的烘箱中后固化1小时。固化的产物是刚性、浅黄色透明固体。使用33.7mg和33.9mg份的固化产物进行的DSC分析提供分别为60.21℃加116.11℃和65.53℃加113.83℃的双玻璃化转变温度(平均为62.87℃和114.97℃)。
实施例3-具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE和具有低聚物组
分的CHDM MGE和CHDM DGE的EDA加合物的固化
将一份(1.7792g,0.0126环氧当量)来自实施例1部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的混合物和一份(0.8916g,0.0126胺氢当量)来自实施例1部分B的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDMDGE的EDA加合物剧烈搅拌在一起,以得到浑浊混合物(在室温缓慢静置分离)。使用11.0mg和10.4mg份的浑浊混合物完成DSC分析。观察到可归因于在加合物中的反应性氢原子与环氧基的反应的放热转变,其在106.68℃和106.83℃(平均为106.76℃)具有最大值,分别伴随250.4焦耳/g和295.6焦耳/g的焓(平均273.0焦耳/g)。该放热转变的起始温度分别是61.3℃和60.9℃(平均为61.1℃)。将余下部分的混合物轻微加热,将浑浊液体转化为透明、浅黄色溶液。一旦实现了该溶液状态,开始固化。在室完成固化,随后在预热为150℃的烘箱中后固化1小时。固化的产物是刚性、浅黄色透明固体。使用32.5mg和30.4mg份的固化产物进行的DSC分析提供分别为56.93℃和57.17℃的玻璃化转变温度(平均为57.05℃)。
比较实验A
A.商业级别的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚的表征
将获自奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company)(批次#22009TC)的商业级别的“技术级”顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚通过GC分析,揭示1.6面积%顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇(对于2种单独的异构体,0.3和1.3面积%),7.8面积%顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚(对于2种单独的异构体,4.7和3.1面积%),61.2面积%顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的二缩水甘油醚(对于2种单独的异构体,19.1和42.1面积%),29.2面积%低聚物(对于9种单独的异构体,0.63,1.35,1.44,0.68,7.20,17.30,0.22,0.21,和0.20面积%),0.2面积%余量为单一未知成分。用奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical)的产品提供的GC分析报道了56.7%的顺式和反式-1,4-异构体的混合物。所述产物的等分试样的滴定证实了27.05%环氧化物(159.05 EEW)。用奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical)的产品提供的EEW是159。所述产品的等分试样的粘度在25℃,在I.C.I.锥板式粘度计上确定。所述环氧树脂的等分试样的粘度(25℃)平均为69cp。用奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical)的产物提供的粘度在25℃是71cp。关于离子的、可水解的和总的氯化物的分析提供下列结果:可水解Cl=536ppm,离子Cl=21.60ppm,总Cl=2.356%。GPC分析提供下列结果:Mn=245,Mw=265,Mw/Mn=1.08,Mp=205,Mz=292,Mz+1=331。对各个峰的峰窗的积分提供下列结果:
|
峰窗 |
Mp |
面积% |
|
|
|
|
|
A |
205 |
56.1 |
|
B |
308 |
33.9 |
|
C |
401 |
8.5 |
|
D |
400-1000MW尾 |
2.0 |
B.EDA和具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油
醚和二缩水甘油醚的加合物的制备和表征
将500mL 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入EDA(240.34g,4.0摩尔,16胺氢当量)。使用的EDA在实施例1部分A中描述。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在-2℃),温度计,克莱森接管,在高处的氮气入口(使用的1LPM N2),和磁力搅拌。将一份(31.81g,0.20环氧当量)的来自比较实验部分A的具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚和二缩水甘油醚加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套开始加热以提供75℃溶液。开始逐滴加入具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚和二缩水甘油醚,同时将其维持在75℃的反应温度。1.9小时后,完成逐滴添加。搅拌得到的浅黄色溶液,并在接下来的22.3小时将其维持在75℃,随后进行旋转式蒸发以去除大量过量的EDA。在真空烘箱中,在75℃完成溶液的另外干燥,得到47.27g恒重的透明、浅琥珀色液体加合物产物。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示所有的单缩水甘油醚和二缩水甘油醚的完全反应已经发生。
将一份加合物产物进行乙酰化并将得到的乙酰化加合物使用实施例1部分B的方法进行滴定。该滴定证实了在所述加合物中存在0.8257meq/g的叔氮。将该信息用于提供对与加合物产物的下列滴定的必需校正因子。使用实施例1部分B的方法滴定第二份加合物产物。该滴定证实了10.0192meq/g的原始值。在将NH2滴定(在实施例1部分B中获得)关于NH校正以及去除叔氮的校正后,计算所述加合物产物为包含13.79meq的NH/g,或72.52的AHEW。
比较实验B-DGE BPA与具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇
的单缩水甘油醚和二缩水甘油醚的EDA加合物的固化
将DGE BPA(2.5593g,0.0139环氧当量)和一份(1.0086g,0.0139胺氢当量)的来自比较实验A部分B的具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单缩水甘油醚和二缩水甘油醚的EDA加合物剧烈搅拌在一起,以得到浑浊混合物,当搅拌停止时,其立即相分离。使用9.8mg和10.9mg份的新鲜搅拌的浑浊混合物完成DSC分析。观察到可归因于活性氢基与环氧基的反应的放热转变,其在98.3℃和98.9℃(平均为98.6℃)具有最大值,分别伴随242.8焦耳/g和212.0焦耳/g的焓(平均227.4焦耳/g)。该放热转变的起始温度分别是67.7℃和69.3℃(平均为68.5℃)。在两个DSC分析中,放热峰具有基本上的前沿肩(leading edge shoulder)(包含约25%的峰面积)。将余下部分的混合物轻微加热,将浑浊液体转化为透明、浅黄色溶液。一旦实现了该溶液状态,开始固化。在室温完成固化,随后在预热为150℃的烘箱中后固化1小时。固化的产物是刚性、黄色透明固体。使用30.2mg和30.8mg份的固化产物进行的DSC提供分别为34.99℃加51.52℃加113.84℃和37.47℃加93.26℃的三玻璃化转变温度或双玻璃化转变温度。
比较实验C-具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二缩
水甘油醚与具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二缩水
甘油醚的EDA加合物的固化
将一份(2.2022g,0.0139环氧当量)的来自比较实验A部分A的具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二缩水甘油醚和一份(1.0041g,0.0139胺氢当量)来自比较实验A部分B的具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二缩水甘油醚的EDA加合物剧烈搅拌在一起,但是不混合。当轻微加热到所需要的温度以将两种组分置于溶液中,其作为黄色液体,一旦实现了该溶液状态,开始无控固化。无控固化包括在短时间内的大能量放热释放,其导致在中心具有黑色炭化的黄色产物。在第二次尝试中再现前述结果。
实施例4-使用具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE和具有低聚
物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的EDA加合物的透明、无填料的铸
件的制备和表征
将已经预热到50℃的一份(25.00g,0.1767环氧当量)来自上述实施例1部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE和已经预热到50℃的一份(12.53g,0.1767g胺氢当量)来自实施例1部分B的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的EDA加合物剧烈搅拌在一起,以得到稍微浑浊溶液,根据上述用于制备透明、无填料的铸件的方法将其用于制备透明、无填料的铸件。后固化的、视觉均匀、透明、浅琥珀色铸件提供9096psi+/-146psi的挠曲强度和331,990psi+/-6735psi的挠曲模量。使用28.0mg和27.4mg份的固化铸件完成的DSC分析提供分别为51.34℃和51.43℃的玻璃化转变温度(平均为51.39℃),其中没有观察到残余的固化能。
比较实验D-使用具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和
二缩水甘油醚和具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二
缩水甘油醚的EDA加合物进行的透明、无填料的铸件的尝试制备
将已经预热到50℃的一份(27.00g,0.1698环氧当量)来自比较实验A部分A的具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二缩水甘油醚和已经预热到50℃的一份(12.31g,0.1698胺氢当量)来自比较实验A部分B的具有低聚物组分的顺式、反式-1,4-环己烷二甲醇的单和二缩水甘油醚的EDA加合物剧烈搅拌在一起。将不均一的混合物脱气,并将其倾入模具中,以根据在上述制备透明、无填料的铸件中所述的方法制备透明、无填料的铸件。然而,所述混合物没有在模具中固化。当在后固化循环结束后,将所述模具分解时,在所述模具中的产物是半液体的和半胶凝状固体。
实施例5
A.具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的表征
环氧树脂的GC分析揭示3.4面积%CHDM MGE(1.02,0.60,1.12,和0.66面积%),93.62面积%CHDM DGE(24.16,33.49,10.52,和25.45面积%),2.1面积%低聚物(超过25种微量组分),余量为数种微量杂质。环氧树脂的等分试样的滴定证实30.37%环氧化物(141.71EEW)。环氧树脂的等分试样的粘度(25℃)平均为86cp。关于离子的、可水解的和总的氯化物的分析提供下列结果:112ppm可水解氯化物,13.9ppm离子氯化物和0.146%总氯化物。GPC分析提供下列结果:Mn=247,Mw=364,Mw/Mn=1.47,Mp=197,Mz=754,Mz+1=1602。对各个峰的峰窗的积分提供下列结果:
|
峰窗 |
Mp |
面积% |
|
|
|
|
|
A |
197 |
68.5 |
|
B |
323 |
2.8 |
|
C |
447 |
14.5 |
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D |
665 |
5.5 |
|
E |
834 |
2.8 |
|
F |
1000-6500MW尾 |
6.0 |
B.具有低聚物组分的DETA和CHDM MGE和CHDM DGE的加合物的制
备和表征
将500mL 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入DETA(309.43g,3.0摩尔,15胺氢当量)。使用的DETA是获自陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany)的商业级别的产品(D.E.H.TM20)。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在-2℃),温度计,克莱森接管,在高处的氮气入口(使用的1LPM N2),和磁力搅拌。将一份(21.26g,0.15环氧当量)的来自上述实施例5部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套开始加热以提供40℃溶液。开始逐滴加入具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE,同时将其维持在40℃的反应温度。1.3小时后,完成逐滴添加。将搅拌的浅黄色溶液在接下来的21.5小时维持在40℃,随后进行旋转式蒸发以去除大量过量的DETA。在真空烘箱中,在125℃完成另外的干燥到36.07g恒重,得到透明、浅黄色液体加合物产物。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示所有的单缩水甘油醚和二缩水甘油醚的完全反应已经发生。使用实施例1部分B的方法滴定所述加合物产物证实平均AHEW为70.79。
实施例6-使用具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE和具有低聚
物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的DETA加合物制备透明、无填料
的铸件
将已经预热到50℃的一份(25.40g,0.1792环氧当量)来自实施例5部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE和已经预热到50℃的一份(12.69g,0.1792胺氢当量)来自实施例5部分B的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的EDA加合物剧烈搅拌在一起,以得到稍微浑浊溶液,根据上述用于制备透明、无填料的铸件的方法将其用于制备透明、无填料的铸件。后固化的、视觉均匀的透明,浅琥珀色铸件提供9192psi+/-146psi的挠曲强度和290,427psi+/-6213psi的挠曲模量。使用28.5mg和31.7mg份的固化铸件完成的DSC分析提供分别为62.48℃和62.11℃的玻璃化转变温度(平均为62.30℃),其中没有观察到残余的固化能。
实施例7-具有AEP和低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的加合
物的制备和表征
将500mL 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入AEP(387.6g,3.0摩尔,9胺氢当量)。使用的AEP是获自奥德里奇化学公司(Aldrich ChemicalCompany)的商业级别产品,其纯度规格为99%。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在-2℃),温度计,克莱森接管,在高处的氮气入口(使用的1LPMN2),和磁力搅拌。将一份(21.26g,0.15环氧当量)的来自实施例5部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套开始加热以提供40℃溶液。开始逐滴加入具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDMDGE,同时将其维持在40℃的反应温度。0.6小时后,完成逐滴添加。将搅拌的黄色溶液在接下来的23.3小时维持在40℃,随后进行旋转式蒸发以去除大量过量的AEP。在真空烘箱中,在125℃完成另外的干燥到40.97g恒重,得到透明、浅琥珀色液体加合物产物。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示所有的CHDM MGE和CHDM DGE的完全反应已经发生。使用实施例1部分B的方法滴定所述加合物产物证实平均AHEW为157.51。
实施例8-使用具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE以及具有低
聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的AEP加合物制备透明、无填料
的铸件
将已经预热到50℃的一份(15.7372g,0.1111环氧当量)来自实施例5部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE和已经预热到50℃的一份(17.4919g,0.1111胺氢当量)来自实施例7的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE的AEP加合物剧烈搅拌在一起,以得到透明溶液,根据上述用于制备透明、无填料的铸件的方法将其用于制备透明、无填料的铸件。后固化的、视觉均匀的透明,浅琥珀色铸件提供7551psi+/-110psi的挠曲强度和238,685psi+/-5274psi的挠曲模量。使用27.4mg和29.5mg份的固化铸件完成的DSC分析提供分别为49.74℃和50.41℃的玻璃化转变温度(平均为50.08℃),其中没有观察到残余的固化能。
实施例9
A.高纯度CHDM DGE的表征(无低聚物组分)
蒸馏的环氧树脂的GC分析揭示2.00面积%CHDM MGE,96.35面积%CHDM DGE(25.61,36.71,11.30,和22.73面积%),余量为4种微量杂质。环氧树脂的等分试样的滴定证实了30.81%环氧化物(139.66EEW)。
B.DETA和高纯度CHDM DGE的加合物的制备和表征
将5L 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入DETA(3341.4g,32.39摩尔,161.94胺氢当量)。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在0℃),温度计,克莱森接管,在高处的氮气入口(使用的1LPM N2),和搅拌器组件(特氟隆桨片,玻璃轴,可变速电动机)。将一份(220.6g,1.6194环氧当量)的来自上述实施例9部分A的不含低聚物组分的CHDM DGE加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套开始加热以提供40℃溶液。开始逐滴加入CHDM DGE,同时将其维持在40℃的反应温度。8.2小时后,完成逐滴添加。将搅拌的浅黄色溶液在接下来的48小时维持在40℃,随后进行旋转式蒸发以去除大量过量的DETA。在140℃历时2小时的旋转式蒸发的结束提供了作为浅黄色粘性液体的加合物产物(386.2g)。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示二缩水甘油醚(和微量单缩水甘油醚)的完全反应已经发生。使用实施例1部分B的方法滴定所述加合物产物证实平均AHEW为65.22。
实施例10
A.高纯度CHDM DGE(无低聚物组分)的表征
蒸馏的环氧树脂的GC分析揭示1.54面积%CHDM MGE,96.55面积%CHDM DGE(对于4种单独的异构体为28.28,33.54,11.12,和23.61面积%),余量为6种微量杂质。环氧树脂的等分试样的滴定证实了31.58%环氧化物(136.24EEW)。
B.正丁胺和高纯度CHDM DGE的加合物的制备和表征
将2L 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入正丁胺(914.25g,12.5摩尔,25胺氢当量)。使用的正丁胺是获自奥德里奇化学公司(Aldrich ChemicalCompany)的商业级别的产品,其纯度规格为99.5%。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在0℃),温度计,克莱森接管,在高处的氮气入口(使用的1LPM N2),和搅拌器组件(特氟隆桨片,玻璃轴,可变速电动机)。将一份(68.12g,0.50环氧当量)的来自上述实施例10部分A的不含低聚物组分的CHDM DGE加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套开始加热以提供40℃溶液。开始逐滴加入CHDM DGE,同时将其维持在40℃的反应温度。15.6小时后,完成逐滴添加。将搅拌的浅黄色溶液在接下来的24.4小时维持在40℃,随后进行旋转式蒸发以去除大量过量的正丁胺。在110℃历时2小时的旋转式蒸发的结束提供了作为浅黄色液体的加合物产物(104.08g)。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示二缩水甘油醚(和微量单缩水甘油醚)的完全反应已经发生。使用实施例1部分B的方法滴定所述加合物产物证实平均AHEW为224.79。
实施例11
A.来自路易斯酸催化的偶联和环氧化方法的具有低聚物组分的CHDM
MGE和CHDM DGE的表征
来自路易斯酸催化的偶联和环氧化方法的具有低聚物组分的CHDMMGE和CHDM DGE的GC分析揭示0.12面积%CHDM,7.88面积%CHDM MGE(对于4种单独的异构体,2.91,1.41,2.61,和0.95面积%),50.48面积%CHDM DGE(对于4种单独的异构体,10.07,18.16,5.35,和16.90面积%),40.60面积%低聚物,余量为微量杂质。环氧树脂的等分试样的滴定证实了25.71%环氧化物(167.39EEW)。
B.氨和来自路易斯酸催化的偶联和环氧化方法的具有低聚物组分的
CHDM MGE和CHDM DGE加合物的制备和表征
将5L 3颈玻璃圆底反应器在氮气下装入氢氧化铵(1474.6g,摩尔,约75胺氢当量)和异丙醇(1474.6克)。使用的氢氧化铵是获自奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company)的商业级别的产品,其作为%NH3纯度规格为28至30。所述反应器另外配备有冷凝器(维持在0℃),温度计,克莱森接管,和搅拌器组件(特氟隆桨片,玻璃轴,可变速电动机)(注意:所述反应在空气下,而不是在氮气下进行)。将一份(167.39g,1.00环氧当量)的来自实施例11部分A的具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE加入侧臂排气的添加漏斗,接着将其附于所述反应器。搅拌并使用恒温调节的加热套开始加热以提供35℃溶液。开始逐滴加入具有低聚物组分的CHDM MGE和CHDM DGE,同时将其维持在35℃的反应温度。16.3小时后,完成逐滴添加。将搅拌的无色透明溶液在接下来的48小时维持在35℃,随后通过介质烧结的玻璃漏斗,接着进行旋转式蒸发以去除大量过量的氢氧化铵。历时2小时的在110℃和1.9mm Hg的旋转式蒸发的结束提供了作为透明无色液体的加合物产物(180.76g)。所述加合物产物的等分试样的GC分析揭示二缩水甘油醚(和微量单缩水甘油醚)的完全反应已经发生。
C.DETA与氨加合物的共混物的制备
当来自旋转式蒸发仍旧温热时,将来自上述实施例11部分B的氨加合物与DETA(61.33g,25.33重量%的总共混物)合并,并摇动以在冷却到室温后得到均匀、透明、浅黄色液体共混物。使用实施例1部分B的方法滴定所述共混物证实平均为52.38的AHEW。
D.DGE BPA与DETA与氨加合物的共混物的固化
将DGE BPA(3.7614克,0.02016环氧当量)和一份(1.0558g,0.02016胺氢当量)的来自上述实施例11部分C的DETA和氨加合物的共混物在铝盘中混合在一起并使其在室温固化。,在100℃历时2小时,150℃历时2小时,和200℃历时2小时完成后固化,从而提供刚性,透明琥珀色的铸件。使用32.3和33.4mg份的铸件完成的DSC分析提供100.3和100.9℃份(平均为100.6℃)的玻璃化转变温度。观察到轻微的放热转变,其在181.21和179.78℃(平均为180.50℃)开始。
对于本领域技术人员明显的是,在不偏离本发明的范围的情况下,可以在上述组合物和方法中进行某些变化。因此意欲将本文中公开的所有事件理解为仅是示例性的而不限制请求保护的范围。此外,本发明的组合物和方法不受以上阐述的具体实施例包括它们提及的表格所限。而是,这些实施例和它们提及的表格是示例本发明的组合物和方法的。