[发明专利]一种用于环氧树脂的固化剂及低温用环氧胶粘剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种固化剂和一种环氧树脂胶粘剂，特别涉及一种用于环氧树脂的固化剂及用该固化剂制备的低温用环氧胶粘剂。

背景技术

环氧树脂具有优异的粘接性能、力学性能、电绝缘性能以及收缩率低、价格低廉等优点而在民用及国防领域都得到广泛应用【Li F M，Bao J w，Chen X B，et al；Radiat Phys Chem，vol.2863，p557-561，2002】。近年来，由于大型低温工程、超导应用和航天工业的发展对高强轻质纤维增强环氧复合材料的需求越来越多，环氧树脂作为低温领域应用的胶粘剂、浸渍料和复合材料的基体材料等方面受到越来越多的关注【崔益民，潘皖江，武松涛，王珏，王先锋，白小庆；绝缘材料，2001，第2期，p44-46】，因此对环氧树脂的超低温性能研究也逐渐受到瞩目【Huang C J，Fu S Y，Lauke B，Li L F and YeL；Cryogenics，vol.45，p450-454，2005】。

纯环氧树脂具有很高的交联密度，即使在常温下也存在着质脆、韧性低、抗冲击性差等缺点，当温度降至低温条件时，胶粘剂本身的冷收缩使胶粘剂内部产生较大的热应力集中，另外，聚合物的链段会被冻结，分子链运动极为困难，加大了胶粘剂的脆性。所以，作为低温用结构胶粘剂，克服现有环氧树脂的脆性，在胶粘剂的研究与应用中至关重要。

环氧树脂本身是一种在分子中含有两个(或以上)活性环氧基的低分子质量化合物，分子质量在300～2000之间，具有热塑性，在常温和一般加热条件下，不会固化，因而也不具备良好的机械强度、电器绝缘、耐化学腐蚀等性能，无法直接使用。因此，必须加入固化剂，组成配方树脂，并且在一定条件下进行固化反应，生成立体网状结构的产物，才会显现出各种优良的性能，成为具有真正价值的环氧材料。所以说，固化剂在环氧树脂的应用上具有不可缺少的，甚至在某种程度上起着决定性的作用。目前应用最多的环氧树脂固化剂主要有酸酐类和多胺类。而现有报道的作为低温用环氧胶粘剂固化剂的酸酐类固化剂主要是液态酸酐如甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)、甲基六氢邻苯二甲酸酐(MeHHPA)、甲基纳迪克酸酐(MNA)及十二烯基琥珀酸酐(DDSA)等，这一类固化剂在固化环氧树脂时，往往固化温度高，需要在150℃以上的高温固化，大大增加了工艺难度和工艺成本，尤其是对于大构件用结构胶粘剂，这样的工艺条件难以实现。

用于低温的多胺类固化剂则主要是芳香胺、脂肪胺等。通常含有两个氨基，与环氧树脂的反应如下：

其中，代表含芳香基或/和脂肪基的链段，R代表含芳香基或/和脂肪基的链段。

环氧树脂和固化剂反应生成立体网状结构的产物。固化产物具有很高的交联密度，致使脆性较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于环氧树脂的固化剂，既克服了上述多胺类固化剂的缺点，并具有以下明显的优点。第一，该固化剂制备工艺简单，只需将所用芳香胺或改性胺直接与单环氧缩水甘油醚混合均匀后，于60-150℃反应2h，即得到所要求的固化剂；第二，使用该固化剂使胶粘剂工艺性能大为改善；它的状态为液态，与环氧树脂混合工艺简单，且可以充分混合均匀；第三，可以在较低温度下固化，如100℃，甚至可以在室温下固化，大大降低了工艺难度和工艺成本，对于一些大型结构件及不适于承受高温的被粘接件有非常重要的意义；第四，所加改性剂中包含柔性的聚醚链段，固化物韧性非常好，甚至在超低温下仍能保持相当的韧性；第五，由于固化剂中含芳香胺，又使固化物保持了一定的力学强度和高温性能；第六，所用原料均来自市售品，价廉易得。

本发明的另一个目的是提供一种用所述固化剂配制的低温用环氧胶粘剂，韧性好，耐冷热冲击性能好，另外制备工艺简单，成本低，原料易得。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的用于环氧树脂的固化剂，为由芳香胺和单环氧缩水甘油醚缩合而得的含有一个伯胺基和一个叔胺基的三官能度化合物，其中，所述芳香胺和所述单环氧缩水甘油醚的当量配比为1∶1。

所述的芳香胺为4′，4-二胺基二苯甲烷、4’，4-二胺基二苯砜、间苯二胺或对苯二胺。

所述的单环氧缩水甘油醚为环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷苯基醚、环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷叔丁基醚或环氧丙烷十二烷基醚。

本发明提供的低温用环氧胶粘剂，包括环氧树脂和固化剂；所述环氧树脂和固化剂的重量份配比为100∶10-100；

所述环氧树脂为芳香族缩水甘油醚环氧树脂或芳香族缩水甘油胺环氧树脂；