本發(fā)明涉及環(huán)氧樹(shù)脂固化劑領(lǐng)域，具體涉及一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑、環(huán)氧樹(shù)脂固化物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑是一種由環(huán)氧樹(shù)脂與各種固化劑(如胺類(lèi)、酸酐類(lèi)、酚醛樹(shù)脂等)反應(yīng)形成的高性能膠粘材料，具有收縮率低、粘接強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，以及密封、絕緣、緊固、防腐等多種功能。環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑主要是由環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑兩大組分組成，其中，固化劑是決定膠粘劑固化交聯(lián)程度的重要因素，選擇不同的固化劑，可以配制成性能不同的環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑。芳香胺類(lèi)固化劑由于其分子結(jié)構(gòu)中含有穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，胺基直接與苯環(huán)相連，能使固化后的環(huán)氧樹(shù)脂表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，在高性能應(yīng)用中備受青睞。此外，芳香胺與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)活性較弱、凝膠時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)刺激性和揮發(fā)性。因此芳香胺固化劑在宇航材料和絕緣材料行業(yè)中具有很大的應(yīng)用前景。

2、目前，傳統(tǒng)的芳香胺固化劑通常存在一些顯著的缺點(diǎn)，如較高的熔點(diǎn)，使其在室溫下與環(huán)氧樹(shù)脂的混合較為困難。這種高熔點(diǎn)特性使得固化過(guò)程需要較高的操作溫度，這不僅增加了能源消耗，還可能導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂的熱老化、變色或性能劣化。例如，常用的芳香胺類(lèi)固化劑二氨基二苯甲烷，它與環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)溫度適中、固化物的耐沖擊性能優(yōu)異、力學(xué)強(qiáng)度高，但是二氨基二苯甲烷的熔點(diǎn)較高(約90℃)，在使用其作為固化劑時(shí)，需要預(yù)先將二氨基二苯甲烷和環(huán)氧樹(shù)脂分別加熱至70～90℃左右熔融后再混合，這會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂體系的適用期縮短，增加了施工工藝的難度。此外，芳香胺固化劑在較高溫度下固化時(shí)可能發(fā)生暴聚現(xiàn)象，即樹(shù)脂的快速凝膠化和固化，縮短了可操作時(shí)間，影響了加工工藝的適用性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，需要對(duì)芳香胺類(lèi)固化劑進(jìn)行改性，降低其熔點(diǎn)，以提高固化劑的工藝性能。

3、低共熔點(diǎn)固化劑通過(guò)選擇和復(fù)配多種化合物，形成共熔體系，從而顯著降低固化劑的熔點(diǎn)和操作溫度。對(duì)于芳香胺類(lèi)固化劑來(lái)說(shuō)，通過(guò)復(fù)配2～3種芳香胺化合物形成低共熔點(diǎn)體系，能夠有效降低固化劑的熔點(diǎn)，使其在較低溫度下與環(huán)氧樹(shù)脂相容并混合均勻，延長(zhǎng)樹(shù)脂的適用期，避免高溫固化過(guò)程中暴聚現(xiàn)象的發(fā)生。然而，如何選擇合適的芳香胺組合，并優(yōu)化其比例，以制備出一種既具有低共熔點(diǎn)特性又能保持芳香胺優(yōu)良固化性能的固化劑，仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)尚未完全解決芳香胺固化劑在低溫條件下的使用難題，因此，亟需開(kāi)發(fā)一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的制備方法，能夠顯著改善其與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性和固化工藝適用性，解決傳統(tǒng)芳香胺固化劑在低溫條件下的應(yīng)用局限性問(wèn)題，提升環(huán)氧膠粘劑的工藝適用性和操作便利性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有芳香胺固化劑在低溫條件下的使用技術(shù)難題，本發(fā)明提出了一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑、環(huán)氧樹(shù)脂固化物及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

2、一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑，包含如下組分中的2～3種：

3、間苯二胺(m-pda)、4,4’-二氨基二苯甲烷(ddm)、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷(moca)、二甲硫基甲苯二胺(dmtda)；

4、質(zhì)量比為(30～50)：(50～70)的間苯二胺與4，4’-二氨基二苯甲烷的混合物；

5、或質(zhì)量比為(20～50)：(50～80)的4,4’-二氨基二苯甲烷與二甲硫基甲苯二胺的混合物；

6、或質(zhì)量比為(30～60)：(40～70)的間苯二胺與二甲硫基甲苯二胺的混合物；

7、或質(zhì)量比為(40～60)：(15～45)：(5～35)的間苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷的混合物；

8、所述低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的熔點(diǎn)≤50℃。

9、一種上述低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的制備方法，包括以下步驟：

10、將2～3種芳香胺按照質(zhì)量比依次投入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至熔融態(tài)，將熔融物進(jìn)行機(jī)械攪拌使其混合后冷卻至室溫，然后使用研磨機(jī)研磨成粉末，得到多元體系低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑；

11、所述加熱至熔融態(tài)時(shí)的溫度為90～110℃；

12、所述將熔融物機(jī)械攪拌的速度為200～350rpm，攪拌時(shí)間為2.5～4h。

13、一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的應(yīng)用，低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑應(yīng)用在環(huán)氧樹(shù)脂固化物中。

14、一種環(huán)氧樹(shù)脂固化物，是由上述低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑和環(huán)氧樹(shù)脂e51固化形成的。

15、一種上述環(huán)氧樹(shù)脂固化物的制備方法，包括以下步驟：將低共熔點(diǎn)芳香胺在烘箱內(nèi)加熱至液態(tài)后，與環(huán)氧樹(shù)脂e51混合得到膠液，膠液經(jīng)脫泡處理后澆入模具中，并置于烘箱內(nèi)進(jìn)行固化，得到相應(yīng)固化物試樣；

16、所述環(huán)氧樹(shù)脂e51與低共熔點(diǎn)芳香胺的質(zhì)量比為100：(10～30)；

17、所述低共熔點(diǎn)芳香胺在烘箱內(nèi)加熱的溫度為40～60℃，在烘箱內(nèi)加熱的時(shí)間為20～60min；

18、所述膠液在烘箱內(nèi)固化的溫度為80～110℃，固化時(shí)間為2～5h。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)芳香胺固化劑在低溫條件下的應(yīng)用局限性問(wèn)題，具體有益效果為：

20、(1)降低芳香胺固化劑的共熔點(diǎn)：本發(fā)明通過(guò)復(fù)配2～3種芳香胺(如m-pda、ddm、moca、dmtda)，制備了多元體系低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑。該芳香胺固化劑可以在低于40℃的溫度下熔化或在室溫下呈液態(tài)，粘度低，易于與環(huán)氧樹(shù)脂混合并施工。

21、(2)改善施工性能：傳統(tǒng)芳香胺固化劑在常溫下為固態(tài)晶體，熔點(diǎn)高，使用時(shí)需要加熱熔化，這不僅容易引發(fā)暴聚現(xiàn)象，還會(huì)縮短樹(shù)脂的適用期。本發(fā)明的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑可以避免上述問(wèn)題，在室溫下即可與環(huán)氧樹(shù)脂混合，提升了膠接裝配過(guò)程中的工藝適用性。

22、(3)保持環(huán)氧樹(shù)脂固化物的優(yōu)異性能：雖然環(huán)氧樹(shù)脂固化物的共熔點(diǎn)降低至38.67℃，但環(huán)氧樹(shù)脂固化物的機(jī)械性能未受影響。按照標(biāo)準(zhǔn)gb/t1447測(cè)試，低共熔點(diǎn)芳香胺與e51環(huán)氧樹(shù)脂混合的固化物拉伸強(qiáng)度可達(dá)到80mpa；按照標(biāo)準(zhǔn)gb/t?7124測(cè)試，其室溫拉剪強(qiáng)度可達(dá)到8mpa；按照標(biāo)準(zhǔn)gb/t?2571測(cè)試，其抗沖擊強(qiáng)度可達(dá)到30kj/m2。這些數(shù)據(jù)表明，環(huán)氧樹(shù)脂固化物具備優(yōu)異的力學(xué)性能和耐高溫特性。

技術(shù)特征：

1.一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑，其特征在于，包含如下組分中的2～3種：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑，其特征在于，所述低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑為：

3.一種如權(quán)利要求1或2所述的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的制備方法，其特征在于，所述加熱至熔融態(tài)時(shí)的溫度為90～110℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的制備方法，其特征在于，所述機(jī)械攪拌的速度為200～350rpm，混合時(shí)間為2.5～4.0h。

6.一種如權(quán)利要求1或2所述的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的應(yīng)用，其特征在于，低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑應(yīng)用在環(huán)氧樹(shù)脂固化物中。

7.一種環(huán)氧樹(shù)脂固化物，其特征在于，是由如權(quán)利要求1或2所述的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂e51固化形成的。

8.一種如權(quán)利要求7所述的環(huán)氧樹(shù)脂固化物的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)氧樹(shù)脂固化物的制備方法，其特征在于，所述環(huán)氧樹(shù)脂e51與低共熔點(diǎn)芳香胺的質(zhì)量比為100：(10～30)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)氧樹(shù)脂固化物的制備方法，其特征在于，低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑在烘箱內(nèi)加熱的溫度為40～60℃，加熱時(shí)間為20～60min；膠液在烘箱內(nèi)固化的溫度為80～110℃，固化時(shí)間為2～5h。

技術(shù)總結(jié)
一種低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑、環(huán)氧樹(shù)脂固化物及其制備方法和應(yīng)用，涉及環(huán)氧樹(shù)脂固化劑領(lǐng)域，解決目前芳香胺固化劑在室溫下與環(huán)氧樹(shù)脂混合困難的問(wèn)題。低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑的制備方法包括以下步驟：將2～3種芳香胺按照質(zhì)量比進(jìn)行混合并加熱使其熔融，將熔融物經(jīng)機(jī)械攪拌冷卻至室溫后研磨至粉末態(tài)，得到多元體系低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑；將制備的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑加熱至液態(tài)后與環(huán)氧樹(shù)脂E51混合，經(jīng)脫泡固化后得到環(huán)氧樹(shù)脂固化物。本發(fā)明提供的低共熔點(diǎn)芳香胺固化劑可延長(zhǎng)環(huán)氧樹(shù)脂固化物的適用期，避免暴聚現(xiàn)象的發(fā)生，并保持環(huán)氧樹(shù)脂固化物耐熱性?xún)?yōu)良、力學(xué)性能好的特點(diǎn)，提升環(huán)氧膠粘劑在膠接裝配過(guò)程中的工藝適用性。

技術(shù)研發(fā)人員：肖德海,郭安儒,劉暢,陳思亮,趙珩,宋卅楠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23