[发明专利]用于环氧配制剂的单烷基化二胺：用于环氧体系的新固化剂

说明书

本发明涉及含有环氧树脂和单烷基化二胺的环氧树脂体系。所述环氧树脂体系可进一步含有第二胺。本发明还涉及制备环氧树脂体系的方法，该方法包括将环氧树脂与单烷基化二胺合并。本发明的单烷基化二胺增强了环氧树脂组合物的希望的加工和固化性能，而没有在采用基于脂环族胺的固化剂的情况下通常看到的对已固化产物中的机械性能的负面影响。

背景技术

芳脂族胺和脂环族胺通常被用作用于热固化结构复合材料应用的环氧固化剂。用作固化剂的胺的类别对于实现已固化产物的最终性能是至关重要的。为了实现完全固化，所述反应性胺的类别中的每一种，伯或仲胺，实现在特定温度下固化。该固化温度决定了最终使用温度，其由固化产物的T_g指示。通常，用高官能固化剂(硬化剂)配制环氧树脂导致短的工作时间、高的配制剂粘度和固化后脆的部件。这些负面效果全都是由所述固化剂的高官能度导致的。公知的是，在逐步生长聚合中，聚合度，X_n，和临界反应程度(凝胶点-p_c)直接关联于聚合体系的官能度：X_n＝2/(2-pf_平均)，其中p是反应程度，和f_平均是平均官能度，和p_c＝2/f_平均。因此，具有高平均官能度的体系将达到高的分子量并且在与具有低平均官能度的那些体系相比更低的聚合度下凝胶化。美国专利4,293,682公开了四和五官能胺作为固化剂的用途。

尽管低官能度固化剂将提供较长的适用期，但它们导致最终固化的网络具有低的交联密度和差的热和机械性能。这种在对于最终部件性能所需的高官能单体和为了提高的工作时间所需的低官能度单体之间的反向关系要求在配制环氧树脂中的妥协。某种较低官能度材料不会构建出结实的聚合物网络以用于结构应用。可实施用于提高工作时间而不会不利地影响最终部件性能的任何措施都会是有利的。

环氧树脂体系用于制造各种结构部件，包括复合材料。正在对于由环氧树脂体系进行的制造进行评价的制品的实例包括复合材料管、压力容器、汽车部件和风车叶片。制造这样的部件包括对于有效制造的许多要求，尤其是当使用复杂的制造工艺时。这些工艺包括但不限于树脂浸注(infusion)，树脂传递模塑，长丝缠绕和大型浇铸。本领域中的一个需求是环氧树脂体系的较长工作时间，以润湿在制品的较厚部分中的纤维，因为在这些部分中织物层在真空或压力下是非常紧密的并且所述树脂不能容易地渗透所述织物层。如果在所述制品的加工过程中温度升高，在这样的条件下脂环族胺的粘度将增加，则纤维润湿变得具有挑战性并且导致在所制成部件中的机械性能损失。

此外，在加工过程中，粘度的过早增加可能导致在所制成部件固化后较高的收缩。在加工过程中，由于粘度的升高，已固化环氧树脂的收缩导致在复合材料中应力积聚。所述应力有时导致所述制品中的层间开裂，结果导致机械性能的损失。在加工较大部件过程中，配制剂的较短适用期使粘度升高较快，并且在加工过程中在所述制品中将积聚较大量的应力。

对于用于实现较高性能的升级的复合材料，经常使用多官能树脂和固化剂。所述多官能材料通常具有非常高的起始粘度。为了降低配制剂粘度，通常使用热。这种途径增加了反应性，因此导致一些处理问题。当所述复合材料部件变得更大和更厚时，配制剂粘度需要是较低的以具有增强件(例如玻璃、碳、凯夫拉(Kevlar)、天然纤维等)的最佳润湿。

用于复合材料加工的体系要求初始混合粘度足够低以及在浸渍温度下粘度增加的速率足够低，以使得增强纤维预制件能够在树脂体系变得太粘而不能令人满意地流过基材的纤维和织物之前被树脂完全润湿。随着复合材料部件的尺寸增加，对于低初始粘度和长适用期的要求变得更加严格。

鉴于上述情况，本领域中需要改进的用于制备以下环氧树脂体系的固化剂，所述环氧树脂体系当与现有技术的树脂组合物比较时，具有配制剂的更长的适用期“工作时间”以减少在加工过程中补充的材料，并且当与改进的纤维润湿组合时，导致增强机械性能。