[發明專利]一種磷酸酯基咪唑離子液體改性水性環氧樹脂的制備方法

有效

• 申請號: 202010133301.7
• 申請日: 2020-03-01
• 公開（公告）號: CN111187394B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張麗麗;彭佩;王紅;胡登華
• 申請（專利權）人: 荊楚理工學院
• 主分類號: C08G59/14
• 分類號: C08G59/14;C08G59/50;C09D163/00;C09D5/18
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公布了一種磷酸酯基咪唑離子液體改性水性環氧樹脂的制備方法，先將3?烷基咪唑與磷酸酯反應制備磷酸酯基咪唑離子液體，再與環氧樹脂共混，在脂肪胺固化劑作用下固化，使其沖擊韌性將被大幅度提高，同時其熱性能以及加工性能改善，最后澆注到模具中脫氣、烘干、固化得到改性水性環氧樹脂。解決自乳化固化劑乳化能力差，制備的水性環氧樹脂存貯時間短，磷基阻燃固化劑在高溫下易分解的問題。

技術領域

本發明涉及一種磷酸酯基咪唑離子液體改性水性環氧樹脂的制備方法，屬涂料化工領域。

背景技術

環氧樹脂具有優異的附著性、耐輻照性、熱穩定性、耐酸堿性、絕緣性及機械強度等而被廣泛應用于涂料、粘合劑及復合材料等各個領域。然而，作為高分子材料的環氧樹脂也屬于易燃物質，在對阻燃性能有要求的領域中，其應用就受到很大限制。對此，許多研究人員在改進環氧樹脂阻燃性能方面做了大量的研究工作，通過加入阻燃劑賦予環氧樹脂難燃性，從而拓寬環氧樹脂的應用領域。

阻燃劑從成分性質上可以分為有機阻燃劑和無機阻燃劑，鹵系阻燃劑(有機氯化物和有機溴化物)和非鹵阻燃劑。有機阻燃劑是以溴系、磷氮系、氮系和紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑，無機阻燃劑主要是三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硅系等阻燃體系。出于環保要求，一般更青睞非鹵阻燃劑。從加入環氧樹脂的方式，阻燃劑又可以分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。顧名思義，前者是通過機械混合方法加入到環氧樹脂中；后者則作為一種單體參加聚合反應，成為環氧樹脂分子結構的一部分。添加型阻燃劑存在與高分子材料相容性較差、遷移現象嚴重以及對最終產品性能有不同程度的損害等缺點。因此，非鹵反應型阻燃劑是提高環氧樹脂阻燃性能的理想助劑。

現有技術公開的固化劑，起阻燃作用的磷基團處于高分子網絡的側鏈結構中。分子的側鏈結構一般分解溫度較低，因此該類型的固化劑耐熱性較差。而且上述自乳化固化劑體系是非離子型的，乳化能力較差，制備得到的水性環氧樹脂不適合長期貯存。

李繼新等人的研究“功能化離子液體的合成及對環氧樹脂的改性”，采用陽離子開環聚合法合成端羥基聚環氧氯丙烷(PECH),然后將其與N-乙基咪唑反應,制備咪唑型聚醚離子液體(PIL)，再將咪唑型聚醚離子液體與通用型環氧樹脂(EP)進行共混,在苯胺固化劑作用下固化成型。其研究成果中沖擊強度高達14.86kJ/m²。

冀茹鑫等人的研究“磷酸酯類離子液體對環氧樹脂改性的研究”，將1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯離子液體(EMIMDEP)與環氧樹脂(EP)共混，并以4，4’-二氨基二苯甲烷(DDM)為固化劑制備了環氧復合材料(EP/ILs)，EMIMDEP降低了環氧體系的固化溫度，促進交聯反應使固化熱升高。EMIMDEP能夠同時提高EP/ILs的沖擊性能和阻燃性，當EMIMDEP加入質量分數為4％時，復合材料的沖擊強度提高了128％，氧指數達到29.8％，EMIMDEP有凝聚相阻燃作用。

本發明的改性水性環氧樹脂中的磷酸酯基的咪唑離子液體，是由烷基咪唑和磷酸三酯制備而成，含有大量的氮和磷，具有良好的阻燃效果。此外，本發明所述環氧樹脂采用機械混合方法制備，中間產物無需分離和純化，制備工藝簡單。

發明內容

本發明旨在解決自乳化固化劑乳化能力差，制備的水性環氧樹脂存貯時間短，磷基阻燃固化劑在高溫下易分解的問題，提供了一種磷酸酯基咪唑離子液體改性水性環氧樹脂的制備方法，先制備磷酸酯基咪唑離子液體，再與環氧樹脂共混，在脂肪胺固化劑作用下固化，使其沖擊韌性將被大幅度提高，同時其熱性能以及加工性能改善。

本發明的技術方案是一種磷酸酯基咪唑離子液體改性水性環氧樹脂的制備方法，其步驟是：

(1)將3-烷基咪唑與磷酸酯按摩爾比為1：1～2混合，加入到三口燒瓶中，油浴加熱至120～150℃回流9～10小時后，冷卻至室溫，用乙醚作為萃取劑除去未反應的磷酸酯和3-烷基咪唑，將萃取的粗產品在室溫下旋蒸除去揮發性雜質，即制得磷酸酯基咪唑離子液體；