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一种无溶剂型低粘度超低温快速固化环氧固化剂的制备方法与流程

  • 国知局
  • 2024-12-06 12:17:53

本发明涉及酚醛胺环氧固化剂,尤其涉及到无溶剂体系、低粘度且低温下能快速固化的环氧固化剂的制备方法。

背景技术:

1、环氧固化剂是一种具有优良性能的涂料添加剂,可以改善涂料的附着力、耐磨性、耐腐蚀性等,从而提高涂料的使用寿命和性能。近年来随着科技的不断发展和工业化程度的提高,环氧固化剂在各个领域的应用越来越广泛,固化剂领域竞争也愈来愈激烈,市场对固化剂性能要求愈来愈高,其中超低温快速固化性能近年来屡屡被提及。在我国东北以及其他一些寒冷地区,冬季室外气温能低至-20℃以下,在这种情况下普通环氧固化剂粘度大流动性差,尤其是固化速度太慢,根本没法满足室外使用要求,极大地限制了涂料的喷涂使用。

2、在公开号cn105348492a的发明专利中,介绍了以腰果酚,均苯三酚,多聚甲醛,多元胺为主要原料,利用均苯三酚酚羟基对环氧开环的促进作用,制备了低温快速固化的环氧固化剂,缺点在于使用甲苯作为溶剂稀释,甲苯毒性大不环保,且固化剂粘度6000-10000偏大,此外均苯三酚价格较贵,导致固化剂成本偏高,价格竞争力偏弱。在公开号cn102633992a的发明专利中,介绍了以腰果酚、37%甲醛水溶液、脂环二胺为主要原料,经曼尼希反应后得到了低粘度低粘度腰果酚改性固化剂,缺点在于水溶甲醛水溶液作为主要原料,导致废水量大大增多,不利于环保;同时脂环二胺价格通常较贵,且单独使用脂环二胺作为胺类原料,容易造成漆膜物理性能不佳。在公开号cn113736046a的发明专利中,介绍了以腰果酚,均苯三酚,多聚甲醛,多元胺,盐酸,草酸制备了超低温固化环氧固化剂,缺点在于草酸盐酸不完全反应,存在体系中会大大影响耐盐雾性能,同时均苯三酚固体熔点高,反应不易,成本高。在公开号cn115572235a的发明专利中,介绍了以低纯腰果酚,多聚甲醛和多元胺,通过控制反应温度和时间,得到性能良好的环氧固化剂,缺点在于固化剂成品粘度高,不利于冬天施工。

3、由此可以看出,为了开发能够在超低温条件下固化的环氧固化剂,需要解决的关键问题是保证快速固化的同时,且产品具有较低的粘度便于在温度低的环境中施工操作。

技术实现思路

1、本发明提供了一种无溶剂型低粘度超低温快速固化环氧固化剂的制备方法,能够解决低温环境下传统环氧固化剂粘度增加、固化速度过慢导致的无法低温施工的问题,以及有机溶剂含量高导致的环保问题;不仅能够低温快速固化,且固化后具有良好的物理机械性能,适宜于严寒地区使用。

2、为了实现上述发明目的,现提供如下技术方案:一种无溶剂型低粘度超低温快速固化环氧固化剂的制备方法,其特征在于,包括如下制备步骤,步骤1):将酚类化合物1、胺类化合物1与多聚甲醛混合,经曼尼希反应,减压脱水后得到中间体1;步骤2):向中间体1内继续加入酚类化合物2、胺类化合物2、多聚甲醛,经曼尼希反应,减压脱水后得到中间体2;步骤3):向中间体2内加入附着力促进剂、固化促进剂,搅拌后得到环氧固化剂。

3、本发明采用多阶段合成的工艺,通过两步曼尼希反应,先制备中间体1,再制备中间体2,构建不同层次的环氧固化剂分子结构,通过两步法反应,能保证步骤2)中的胺类化合物2能充分反应,在环氧固化剂分子结构外层提供大量的叔胺n原子,同时还能保留仲胺或伯胺,这样既能起到固化促进的效果,还能与环氧树脂交联固化;所以既能保证低温快速固化的性能,又可以保证固化剂与环氧树脂充分反应,保证了固化物具有良好的性能。此外采取两步法反应更彻底,不会有很多游离胺残留。最终形成高性能固化剂,有效降低了固化剂产品粘度,在低温下也具有良好的流动性。附着力促进剂和固化促进剂的加入,不仅提高了固化剂的性能,还确保了其在低温条件下的适用性;通过添加附着力促进剂,改善固化剂与基材之间的结合力,增强附着力;固化促进剂的使用有助于加快固化过程,缩短等待时间,提高固化效率。

4、进一步地,步骤1)中酚类化合物1为腰果酚、苯酚、双酚a、壬基酚的一种或多种组合;步骤2)中酚类化合物2为腰果酚、苯酚、双酚a、壬基酚的一种或多种组合;且所述酚类化合物1与酚类化合物2的具体组份和/或组份比例不相同。

5、进一步地,步骤1)中胺类化合物1为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、异佛尔酮二胺、间苯二甲胺的一种或多种组合;步骤2)中胺类化合物2为n,n-二甲基-1,3丙二胺、n,n-二乙基-1,3丙二胺、n,n-二甲基-二丙基三胺、n-氨乙基哌嗪中的一种或多种组合。

6、进一步地,步骤1)中投料摩尔比为酚类化合物1:胺类化合物1:多聚甲醛=1:(1~3):(1~3)。

7、进一步地,步骤2)中投料摩尔比为酚类化合物2:胺类化合物2:多聚甲醛=1:(1~3):(1~3);酚类化合物2与酚类化合物1的摩尔比为1:(1.5-2.5)。

8、本发明通过选用不同种类、不同比例组合的酚类化合物和胺类化合物,调控固化剂的性能。环氧固化剂分子具有大量伯胺以及叔胺,伯胺可以与环氧树脂固化交联,叔胺能够促进伯胺与环氧树脂固化,具备超低温快速固化性能。

9、进一步地,步骤1)中,将酚类化合物1、胺类化合物1混合并搅拌均匀,升温至60℃~70℃,加入多聚甲醛;升温至80~140℃进行曼尼希反应,反应时间为2~8h;反应结束后在80~110℃减压脱水1~6h;脱水完毕后降温至50~60℃,得到中间体1,中间体1占比为50~70wt%。

10、进一步地,步骤2)中,向中间体1内继续加入酚类化合物2、胺类化合物2、多聚甲醛,混合并搅拌均匀后,升温至100~150℃进行曼尼希反应,反应时间为2~6h;反应结束后在60~100℃减压脱水1~6h;脱水完毕后降温至50~60℃,得到中间体2,中间体2占比为80~95wt%。

11、进一步地,步骤3)中附着力促进剂为硅烷偶联剂类化合物γ-氨丙基三乙基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种组合,用量为2~10wt%。

12、进一步地,步骤3)中固化促进剂为k54固化促进剂、苄基二甲胺、三乙胺、水杨酸中的一种或多种组合,用量为3~10wt%。

13、进一步地,步骤3)中,向中间体2中加入附着力促进剂、固化促进剂,搅拌30~60min,得到环氧固化剂成品,25℃条件下,环氧固化剂的粘度范围为500~1050mpa.s。

14、本发明通过优化配方和工艺,使得固化剂在低温条件下仍能保持快速固化的能力。通过调整原料配比和反应条件,控制最终产品的粘度在适宜范围内,便于施工操作。采用无溶剂体系,避免使用挥发性有机溶剂,减少对环境的影响。

15、综合以上内容,本发明提供了一种无溶剂型低粘度超低温快速固化环氧固化剂的制备方法,主要反应物为酚类化合物、胺类化合物、多聚甲醛,通过曼尼希反应制备得到,再加入少量助剂,得到产品环氧固化剂。通过精心设计的化学配方和制备工艺,开发出了一种无溶剂型、低粘度且能在超低温下快速固化的环氧固化剂,有效解决了在极寒条件下施工面临的难题。本发明得到的环氧固化剂具有两个显著特点:低粘度,25℃条件下粘度500~1050mpa.s;在-15℃条件下也能够保持快速固化的性能。

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