[发明专利]用于高温应用的韧化、可固化的环氧组合物

说明书

技术领域

本发明涉及环氧树脂。具体来说，本发明涉及用于高温应用的可固化环氧树脂组合物。

背景技术

使用含橡胶化合物的韧化已应用于增强脆性环氧热固物的较差裂纹传播抗性。已知结合少量(通常≤15重量％)不连续橡胶相有效韧化玻璃转变温度(T_g)在50℃<T_g<130℃范围内的环氧热固物。这一增强归因于位于裂纹尖端前方的由塑性变形组成的过程区的发展。由腔化橡胶粒子触发的过程区的发展在裂纹引发之前耗散应变能量。因此，在机械负载下的裂纹扩展受阻，且材料灾难性失效的倾向被改进。

然而，这一橡胶韧化技术始终不在高T_g(T_g>150℃)环氧热固物中传递断裂韧性(K_IC)的有效增强。已知那些环氧热固物中的高度交联网状结构进一步限制链移动使得其T_g值较高。高度交联网状结构还可在应用橡胶韧化技术时限制过程区发展的倾向。因此，韧化能力ΔK_IC(K_IC韧化-K_IC未韧化)和较高T_g是“橡胶填充的”环氧热固物的熟知两难问题之一。

工程化热塑性物(如聚醚砜和聚醚酰亚胺)也已用于改进环氧热固物的韧性。此方法包括将大量热塑性物溶解到环氧树脂中，随后将硬化剂混合到混合物中，且在高温下固化组合物。然而，将热塑性物结合到环氧树脂中通常花费大量时间。其也引起环氧热固性物的粘度显著增加和模数降低。因此，需要限制会引起环氧热固性物中不充分韧性改进的工程化热塑性物的使用。

本发明的目的是提供具有良好韧性和耐热性的可固化环氧树脂组合物。这一环氧组合物可用于如电层合物、环氧模制化合物、涂层和纤维强化聚合物复合材料的应用。

发明内容

在本发明的一个实施例中，公开一种组合物，其包含以下各者、由以下各者组成或主要由以下各者组成：(a)环氧树脂组合物，其包含(i)第一环氧组分，其包含具有至少一个噁唑烷酮环结构的环氧树脂和(ii)第二环氧组分，其选自由以下各者组成的群组：液体环氧树脂、二乙烯基芳烃二氧化物和其组合；(b)核-壳橡胶，其包含橡胶粒子核心和外壳层，以及(c)硬化剂。

附图说明

图1展示出比较实例与实例1和2之间的韧化能力的差异。

具体实施方式

环氧树脂组合物

环氧树脂组合物(a)通常包含(i)第一环氧组分，其包含具有至少一个噁唑烷酮环结构的环氧树脂；和(ii)第二环氧组分，其选自由以下各者组成的群组：液体环氧树脂、二乙烯基芳烃二氧化物和其组合。

含噁唑烷酮环的环氧树脂

组合物含有异氰酸酯改性的含噁唑烷酮环的环氧树脂。在一个实施例中，含噁唑烷酮环的环氧树脂为固体环氧树脂。在一个实施例中，固体环氧树脂不为环氧酚醛树脂。固体环氧树脂通常具有在80克/当量到1200克/当量范围内的环氧当量(EEW)。

环氧树脂含有至少一个噁唑烷酮环。环氧封端的聚噁唑烷酮是通过使用化学计量过量的环氧树脂(异氰酸酯/环氧化物比低于1)使环氧树脂与聚异氰酸酯化合物反应来制备的。反应通常在催化剂存在下进行。关于制备含噁唑烷酮环的环氧树脂的进一步信息可见于美国专利第4,658,007号和美国专利第5,112,932号。

一般来说，用于发展环氧树脂的聚异氰酸酯化合物具有约2.0到约6.0个、优选地在约2.0与约4.0个之间、更优选地在2.0与约3.0个之间的异氰酸酯官能团。

适合的聚异氰酸酯的实例包括2,4'二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)甲苯二异氰酸酯(TDI)和亚二甲苯基二异氰酸酯(XDI)；脂肪族二异氰酸酯(包含脂环族二异氰酸酯)，如六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4'亚甲基双(环己基异氰酸酯)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、联茴香胺二异氰酸酯、甲苯胺二异氰酸酯、间亚二甲苯基二异氰酸酯、1,5-亚萘基二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、1,4-二乙苯-β,β'二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、上述各者的二聚物、三聚物和混合物。

聚异氰酸酯的优选实例包括4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和其异构体、聚合MDI、和甲苯二异氰酸酯(TDI)和其异构体、其任何混合物等。