[发明专利]一种亲水性环氧树脂固化剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及化学合成工艺技术领域，特别是一种亲水性环氧树脂固化剂的合成方法。

背景技术

环氧树脂是一种重要的热固性树脂，可作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体，广泛应用在涂料、机械、电子、建筑、交通运输、汽车制造、航空航天等工业领域。环氧树脂必须与固化剂共同使用才具有实用价值。因此固化剂的结构与品质将直接影响环氧树脂的应用效果。

在城市建设中，地面铺装大量采用沥青、混凝土、砖石，封闭地面加上高楼大厦使城市地表被阻水材料覆盖，水分难以下渗，降水很快成为地表径流排走，形成了生态学上的“人造沙漠”：不透水的路面缺乏对城市地表温度、湿度调节能力，地面易干燥，扬尘污染重，且雨后水分快速蒸发，空气湿度大，夏天使人闷热难受，这就是气象学上的“热岛效应”。

市政每年花费大量的资金用于修建排水设施，让雨水流进大海，同时每年又要花费大量的资金向地下注水，防止地下水不足地面沉降。这种点式注水危险很大，随时有大面积地面塌陷的危险。

而透水路面材料很好地解决了这一问题。由于采用萨其玛式的空隙结构，透水路面和地下土壤是“连通”的，地表水、气都能渗透下去，因此有利于改善城市生态，是一种节能、节材新技术。透水路面材料的使用对提高城市环境质量、减少燥热、防治城市洪涝和保护水资源具有重要意义。

目前得到较多研究和应用的透水路面材料主要有三种：透水沥青混合料、透水水泥混凝土、透水路面砖，各有优缺点。沥青类的强度是最好的，但沥青的耐高低温性能差，在寒冷地区和炎热地区都不适合应用；水泥的耐高低温性能很好，对任何气候都适用，但其形成的透水路面的强度较差；透水路面砖只能用于人行道。这些透水路面材料的共同特点是透水的机制是利用水的重力进行下渗，因此，透水孔隙的尺度相对较大，不仅造成抗压性能差，而且极易被污物堵塞。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种亲水性环氧树脂固化剂，以为制作透水路面材料提供基基础。

本发明亲水性环氧树脂固化剂是亲水性主链结构的端叔胺基超支化聚醚。

采用以上亲水性环氧树脂固化剂与某种硅酸盐形成的复合材料代替普通材料，可制备综合性能优异的透水路面材料，其透水机制采用削弱水的表面张力的微孔透水机制，材料兼具刚性和韧性，不仅抗压强度得到显著提升，而且不易被污物堵塞，可推动透水路面材料的实际大规模应用。

通过环氧树脂固化剂的超支化设计，提高环氧树脂的韧性；通过亲水结构的引入提高环氧树脂的亲水性；通过活性端基数量的控制提高环氧树脂的强度。所以本发明亲水性固化剂与环氧树脂组成的固化体系与某种硅酸盐形成无机与高分子复合材料，代替沥青及水泥混凝土混合料用于透水路面材料，具有强度高、透水性好、不易堵塞、韧性好的特点，在此基础上，成本也较普通环氧树脂有所下降。

本发明的目的之二在于提供上述固化剂的制备方法。

先以三羟甲基丙烷为核分子，以缩水甘油为支化分子进行环氧开环加成反应，得到端羟基超支化聚醚；然后将所述端羟基超支化聚醚与β-N,N'-二甲基氨基丙酸甲酯或β-N，N，N’，N’-四甲基二丙撑基三胺丙酸甲酯进行酯交换反应制得亲水性环氧树脂固化剂。

具体制备端羟基超支化聚醚的方法是：将三羟甲基丙烷与KOH按10～25:1 的质量比混合，在100℃脱水质子化后，再加入二氧六环搅拌溶解，然后缓慢滴加缩水甘油，缩水甘油与三羟甲基丙烷的投料质量比为4～12:1；回流反应10h，冷却后，调节反应液pH值为7，过滤除白色结晶，减压蒸出溶剂得端羟基超支化聚醚。

制备β-N,N'-二甲基氨基丙酸甲酯的方法是：取1mol二甲胺和1.2mol丙烯酸甲酯混合均匀，在40℃搅拌反应5h，再升温至100℃，减压蒸馏除去过量的丙烯酸甲酯，冷却即得浅黄色透明液体产物，即β-N,N'-二甲基氨基丙酸甲酯。

制备β-N，N，N’，N’-四甲基二丙撑基三胺丙酸甲酯的方法是：取1molN，N，N’，N’-四甲基二丙撑基三胺和1.2mol丙烯酸甲酯混合均匀，在40℃搅拌反应5h，再升温至100℃，减压蒸馏除去过量的丙烯酸甲酯，冷却即得浅黄色透明液体产物，即β-N，N，N’，N’-四甲基二丙撑基三胺丙酸甲酯。

上述的端羟基超支化聚醚的结构式为：

其数均分子量为700～2000。

上述的β-N,N'-二甲基氨基丙酸甲酯的结构式为：

上述的β-N，N，N’，N’-四甲基二丙撑基三胺丙酸甲酯的结构式为：