一种三官能度改性咪唑固化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及环氧树脂固化剂技术领域，提供了一种三官能度改性咪唑固化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术在改性咪唑固化剂结构中引入与环氧树脂相容性较好的苯环基团，同时增加固化剂的官能度，从而提高环氧树脂的固化程度，提高固化后产物的机械性能。本发明专利技术提供的三官能度改性咪唑固化剂固化温度低，固化产物硬度高，在环氧粉末涂料的低温固化领域具有十分重要的应用意义。本发明专利技术还提供了上述方案所述三官能度改性咪唑固化剂的制备方法，采用三酚基甲烷结构的缩水甘油醚和常见的咪唑类固化剂为主要原料制备三官能度改性咪唑固化剂，成本低廉，流程简单，适合工业化生产。适合工业化生产。适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种三官能度改性咪唑固化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及环氧树脂固化剂
，尤其涉及一种三官能度改性咪唑固化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]粉末涂料是以固体树脂为主要成分的粉末状涂料，其中的固体树脂通常采用环氧树脂。环氧树脂上含有活性较高的环氧基团，可以和含有较多活泼氢的物质发生反应使发生开环固化，固化后的环氧树脂涂层具有较好的机械性能，可以用于保护基材。传统的环氧树脂固化的温度通常在180～200℃，高的固化温度致使其只能应用在耐热基材上，限制了其在热敏性基材上的使用。
[0003]咪唑类固化剂是一类固化活性较高的环氧树脂低温固化剂，通常在90～120℃的温度下便可以固化完全，但是该类固化剂的活性过高也导致其混合树脂体系容易在常温下发生固化变质。目前对咪唑类固化剂改性以降低活性的研究较多，但都局限于液态树脂中的使用。因此，开发出适用于固态环氧树脂体系的改性咪唑具有十分重要的意义和应用价值。
[0004]通过咪唑上的仲胺与环氧树脂上的环氧基团发生开环加成引入吸电子基团和大分子基团是一种较好的改性方法，这类基团通常包括苯环，氰基等。引入上述基团通过降低咪唑上的电子云密度以及产生位阻效应降低咪唑本身的活性。但是引入上述基团可能会导致咪唑活性降低过多以及固化剂与环氧树脂相容性不好从而固化不完全，得到的固化产物机械性能也有所降低。
[0005]因此，目前亟需提供一种适用于固体环氧树脂，且能提高固化产物机械性能的固化剂。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种三官能度改性咪唑固化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的三官能度改性咪唑固化剂适用于固态环氧树脂，并且固化温度低，固化产物的机械强度高。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]一种三官能度改性咪唑固化剂，具有式I所示结构：
[0009][0010]式I中：R1为甲基、乙基或苯基；R2为H或甲基。
[0011]优选的，所述三官能度改性咪唑固化剂的分子量为706.84～892.39g/mol。
[0012]本专利技术还提供了上述方案所述三官能度改性咪唑固化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将4,4',4
”‑
三羟基三甲苯、四丁基溴化铵和环氧氯丙烷混合进行取代反应，将所得取代反应液和氢氧化钠溶液混合进行闭环反应，得到三官能度缩水甘油醚，结构如式II所示；
[0014][0015]将所述三官能度缩水甘油醚、咪唑类化合物和溶剂混合进行开环反应，得到所述三官能度改性咪唑固化剂；所述咪唑类化合物的结构如式III所示；
[0016][0017]优选的，所述4,4',4
”‑
三羟基三甲苯和四丁基溴化铵的质量比为8～10:1～5；
[0018]所述4,4',4
”‑
三羟基三甲苯和环氧氯丙烷的质量比为8～10:85～92。
[0019]优选的，所述取代反应的温度为85～120℃，时间为2～3.5h。
[0020]优选的，所述4,4',4
”‑
三羟基三甲苯和所述氢氧化钠溶液的质量比为7～7.5:10～11；所述氢氧化钠溶液的浓度为30wt％。
[0021]优选的，所述闭环反应的温度为40～44℃，时间为1.5～2h。
[0022]优选的，所述三官能度缩水甘油醚和咪唑类化合物的质量比为11～19:10～11；所述三官能度缩水甘油醚和溶剂的质量比为14～27:10～11。
[0023]优选的，所述开环反应的温度为100～120℃，时间为0.5～1h。
[0024]本专利技术还提供了上述方案所述的三官能度改性咪唑固化剂或上述方案所述制备方法制备的三官能度改性咪唑固化剂在环氧粉末涂料中的应用。
[0025]本专利技术提供了一种三官能度改性咪唑固化剂，具有式I所示结构。本专利技术提供的改性咪唑固化剂分子结构中含有刚性的苯环结构，与双酚A型环氧树脂相容性好，同时大量的刚性结构也给固化后的样品提供了较好的机械性能；本专利技术还增加了改性咪唑固化剂的官能度，固化过程中三官能团的结构有助于提高体系的交联密度以及刚性结构的含量，从而可以提高环氧树脂的固化程度，提高固化后产物的机械性能，并且固化温度低，在环氧粉末涂料的低温固化领域具有十分重要的意义，应用前景广阔。实施例结果表明，采用本专利技术提供的三官能度改性咪唑固化剂对固体环氧树脂进行固化，固化温度在140℃左右，具有良好的低温固化性能，固化后产物表面铅笔硬度可以达到3～4H，具有较好的机械性能。
[0026]本专利技术还提供了上述方案所述三官能度改性咪唑固化剂的制备方法，本专利技术采用三酚基甲烷结构的缩水甘油醚和常见的咪唑类固化剂为主要原料制备三官能度改性咪唑固化剂，成本低廉，流程简单，反应结束后产物易分离，适合工业化生产。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1制备的三官能度改性咪唑固化剂的核磁氢谱图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种三官能度改性咪唑固化剂，具有式I所示结构：
[0029][0030]式I中：R1为甲基、乙基或苯基；R2为H或甲基。
[0031]在本专利技术中，当R1为甲基或苯基时，R2优选为H，当R1为乙基时，R2优选为甲基。
[0032]本专利技术提供的三官能度改性咪唑固化剂的结构与双酚A型环氧树脂类似，相容性较好，接在缩水甘油醚端基上的咪唑可以和环氧树脂发生固化交联形成聚合物网络，所得的固化物具有硬度高、固化温度较低的特点，可用于一些热敏性基材的表面涂层中。
[0033]在本专利技术中，所述三官能度改性咪唑固化剂的分子量为706.84～892.39g/mol。
[0034]本专利技术还提供了上述方案所述三官能度改性咪唑固化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0035]将4,4',4
”‑
三羟基三甲苯、四丁基溴化铵和环氧氯丙烷混合进行取代反应，将所得取代反应液和氢氧化钠溶液混合进行闭环反应，得到三官能度缩水甘油醚，结构如式II所示；
[0036][0037]将所述三官能度缩水甘油醚、咪唑类化合物和溶剂混合进行开环反应，得到所述三官能度改性咪唑固化剂；所述咪唑类化合物的结构如式III所示；
[0038][0039]在本专利技术中，所述三官能度改性咪唑固化剂的合成路线如式IV所示
[0040][0041]下面对本专利技术中三官能度改性咪唑固化剂的制备方法进行详细说明。
[0042]本专利技术将4,4',4
”‑
三羟基三甲苯、四丁基溴化铵(TBAB)和环氧氯丙烷混合进行取代反应，将所得取代反应液和氢氧化钠溶液混合进行闭环反应，得到三官能度缩水甘油醚。在本专利技术中，所述4,4',4
”‑
三羟基三甲苯和四丁基溴化铵的质量比优选为8～10:1～5，更优选为8.5～9.5:2～4；所述4,4',4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三官能度改性咪唑固化剂，其特征在于，具有式I所示结构：式I中：R1为甲基、乙基或苯基；R2为H或甲基。2.根据权利要求1所述的三官能度改性咪唑固化剂，其特征在于，所述三官能度改性咪唑固化剂的分子量为706.84～892.39g/mol。3.权利要求1或2所述三官能度改性咪唑固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将4,4',4
”‑
三羟基三甲苯、四丁基溴化铵和环氧氯丙烷混合进行取代反应，将所得取代反应液和氢氧化钠溶液混合进行闭环反应，得到三官能度缩水甘油醚，结构如式II所示；将所述三官能度缩水甘油醚、咪唑类化合物和溶剂混合进行开环反应，得到所述三官能度改性咪唑固化剂；所述咪唑类化合物的结构如式III所示；4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述4,4',4
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三羟基三甲苯和四丁基溴化铵的质量比为8～10:1～5；所述4,4',4
”‑
三羟基三甲苯和环氧氯丙烷的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恩宇，任华，谢涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：