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高热单体及其使用的方法

阅读:247发布:2020-12-21

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1.一种具有下式的化合物:
其中,R1和R2每次出现各自独立地选自含环化物的官能团;Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为
0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基基团;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或者两个Rg基团与它们所连接的原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t为0至10;
其中式(I)的化合物具有通过高效液相色谱(HPLC)测定的95%或更大的纯度。
1 2
2.根据权利要求1所述的化合物,其中,R和R每次出现各自独立地选自:
其中,R3a和R3b各自独立地选自氢和C1-C12烷基。
3.根据权利要求1或2所述的化合物,其中,所述化合物具有通过高效液相色谱(HPLC)测定的97%或更大的纯度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的化合物,其中,所述化合物基本不含低聚物杂质。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的化合物,具有式(1-a)、(2-a)或(4-b):
6.根据权利要求1至5中任一项所述的化合物,具有根据ASTME28-1999测量的小于50℃的软化点。
7.一种用于制备式(1)的化合物的方法,
其中,Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基基团;c每
14
次出现独立地为0至4;R 每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或者两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t为0至10;所述方法包括:
(a)提供表氯醇与式(1’)的化合物的混合物:
(b)缓慢地向(a)的所述混合物中加入以提供反应混合物;以及
(c)将所述反应混合物,在约20℃至约24℃搅拌约8至12小时。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述碱是氢氧化钠或氢氧化
9.根据权利要求7或8所述的方法,其中,式(1)的化合物具有通过高效液相色谱(HPLC)测定的99%或更大的纯度。
10.一种可固化组合物,包含:
(i)根据权利要求1-6中任一项所述的化合物;
(ii)固化促进剂
(iii)可选的不同于(i)的化合物的辅助环氧树脂;以及
(iv)可选的式R-W-R的聚亚苯基醚,
其中W是以酚氧原子封端的二价聚(亚芳基醚);并且每个R是下式的官能化苄基基团:
其中Rf每次出现独立地选自以下:酸、酸酐、胺、环氧化物、噁唑啉、原酸酯、羟基、磷酸酯、膦酸酯、丙烯酸酯、酯、炔、烯烃、烯基硫代酸酯、烯基磺酸酯和烯基磺酸酯,并且g为1、
2、3、4或5。
11.根据权利要求10所述的可固化组合物,其中,所述辅助环氧树脂选自由以下各项组成的组:脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、苯酚线性酚环氧树脂、甲酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、多官能环氧树脂、环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩甘油基苯基缩水甘油醚、二环戊二烯型环氧树脂、多芳香族树脂型环氧树脂、以及它们的混合物。
12.根据权利要求10所述的可固化组合物,其中,所述辅助环氧树脂是2,2-双(4-羟苯基)丙烷的二缩水甘油醚。
13.根据权利要求10所述的可固化组合物,其中,所述固化促进剂是选自以下各项的胺化合物:异佛尔二胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、乙基哌嗪、1,2-和1,3-二氨基丙烷、2,2-二甲基丙二胺、1,4-二氨基丁烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,12-二氨基十二烷、4-氮杂七亚甲基二胺、N,N’-双(3-氨丙基)丁烷-
1,4-二胺、环己烷二胺、二氰胺、二酰胺二苯基甲烷、二酰胺二苯磺酸(胺加合物)、4,4’-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、间亚苯基二胺、对亚苯基二胺、三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、3,3’-亚氨基双丙基胺、2,4-双(对氨基苄基)苯胺、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、1,2-和1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1,2-二氨基-4-乙基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1-环己基-3,4-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基二环己基丙烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3-氨基-1-环己烷氨基丙烷、1,3-和1,4-双(氨基甲基)环己烷、间和对二甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、4-氨基苯基砜、以及它们的混合物。
14.根据权利要求10所述的可固化组合物,其中所述固化促进剂是胺化合物,其中所述胺化合物是选自以下各项的咪唑硬化促进剂:2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-月桂基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑、4-月桂基咪唑、4-十七烷基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-羟基甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-羟基甲基咪唑、1-氰乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、以及它们的混合物。
15.根据权利要求10所述的可固化组合物,其中所述固化促进剂是选自以下各项的酸酐硬化剂:来酸酐(MA)、苯二甲酸酐(PA)、六氢-邻苯二甲酸酐(HEPA)、四氢苯二甲酸酐(THPA)、甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)、甲基六氢苯二甲酸酐(MHHPA)、纳迪克甲基酸酐(甲基降片烯二酸酐,MHA)、二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、四氯苯二甲酸酐(TCPA)、均苯四酸二酐(PMDA)、偏苯三酸酐(TMA)、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐(MNA)、六氢苯二甲酸酐(1,2-环己烷二羧酸酐,(HHA))、以及它们的混合物。
16.根据权利要求10所述的可固化组合物,其中,聚亚苯基醚树脂具有以下式:
其中每次出现的a和b独立地为0至约20,条件是a和b的和为至少2。
17.一种固化组合物,包含通过固化权利要求10-16中任一项所述的可固化组合物获得的产物。
18.根据权利要求17所述的固化组合物,表现出大于或等于200℃的单一的玻璃化转变温度
19.根据权利要求17或18所述的固化组合物,具有根据ASTMD4812-2006测量的大于或等于60J/m、65J/m或70J/m的冲击强度。
20.一种包含权利要求17-19中任一项所述的固化组合物的制品,其中,所述制品选自以下各项:酸浴容器、中和罐、飞机组件、桥梁桥面系、电解池、排气管、洗涤器、运动器材、楼梯箱、走道、机动车外板、底板、空气通口、管道、天然气管、导管、工业风扇、风扇外壳、鼓风机、工业混合器、船体、船甲板、海运码头护舷、瓷砖、建筑板、商用机器壳体、托盘、混凝土改性剂、洗碗机部件、冰箱部件、电气密封剂、电气面板、槽、电解精炼槽、软水器槽、燃料罐、纤丝缠绕罐、纤丝缠绕罐衬里、家具、车库、格栅、保护体齿轮、行李、户外机动车、压罐、印刷电路板、光波导、天线罩、栏杆路部件、漏斗车盖、轿车门、车厢底衬、圆盘式卫星电视天线、标志、太阳能板、电话互换机外壳、拖拉机部件、变压器盖、卡车部件、用于旋转的机器的绝缘材料、换向器、芯绝缘材料以及线和束紧带、联轴器、螺旋桨叶片、导弹部件、火箭发动机壳体、机翼部、抽油杆、机身部分、机翼蒙皮、翼梢、发动机舱、货舱门、网球拍高尔夫球杆、钓鱼杆、滑板、滑雪杖、自行车部件、横向板簧、、机动车烟雾泵、电气部件、嵌入物、工具、电缆接头、绕线、密集封装的多元件组件、机电装置的密封、电池壳、电阻器、熔断器、热切断装置、印刷线路板的涂层、铸造件、电容器、变压器、曲轴箱加热器、小型模制电子部件、线圈、半导体、化学加工部件、纸浆和造纸机部件、发电机部件、废水处理部件、洗涤塔、用于结构应用的拉挤成型部件、结构构件、格栅、安全轨道、游泳池、游泳池滑梯、热水浴缸、桑拿浴室、用于罩下应用的驱动轴、用于复印机的干碳粉树脂、船舶工具、船舶复合材料隔热板、潜艇船体、原型产生部件、层压装饰、钻孔夹具、粘结夹具、检查夹具、工业金属成型模具、飞机拉伸和锤形、真空模制工具、地板、用于生产和装配区域的地板、洁净室用地板、机器商店用地板、控制室用地板、实验室用地板、停车库用地板、冷冻箱用地板、冷却器用地板、室外装卸码头用地板、用于抗静电应用的导电组合物、装饰性地板、用于桥梁的膨胀接头、可注射砂浆,用于修补和修复结构混凝土中的裂缝、用于砖的灌浆、机械轨道、金属销钉、螺栓和支柱、油和燃料储存罐的修理材料、运动设备、媒体设备、砂轮、磨砂轮、机械轧辊、传送带、军事设备、航天设备、航空部件、机动车部件、公共运输部件、印刷电路板、电气部件、光学部件、光电部件、计算机部件、船舶外部部件、船舶内部部件、储气罐、风力涡轮机、以及航空航天应用中的结构复合材料。

说明书全文

高热单体及其使用的方法

[0001] 相关申请的引证
[0002] 本申请要求2014年7月22日提交的美国临时申请No.62/027,600的优先权,其通过引用以其全部内容并入本文。

技术领域

[0003] 本公开总体涉及环化物、用于生产环氧化物的方法、包括该环氧化物的可固化组合物,以及包括固化组合物的制品和材料。

背景技术

[0004] 环氧树脂是在各种应用中使用的高性能材料,该应用包括保护涂层、粘合剂电子层压板(如在计算机电路板的制造中使用的那些)、地板和铺路应用、玻璃纤维增强管和机动车部件(包括板簧(leaf spring)、和电气部件)。在它们的固化形式时,环氧树脂提供期望的性能,包括对其它材料的良好粘附性、优异的耐腐蚀性和耐化学性、高拉伸强度和良好的电阻。与使用环氧树脂相关的挑战包括由于交联导致的固化环氧树脂的脆性。因此,需要具有改进性能的环氧基材料。发明内容
[0005] 在一方面,公开了具有以式的化合物:
[0006]
[0007]
[0008] 其中R1和R2每次出现各自独立地选自含环氧化物的官能团;Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基、或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基基团;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或者两个Rg基团与它们所连接的原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t是0至10。
[0009] 在某些实施方式中,R1和R2每次出现各自独立地选自下式的含环氧化物的基团:
[0010]
[0011] 其中R3a和R3b各自独立地选自氢和C1-C12烷基。
[0012] 在某些实施方式中,R1和R2各自独立地选自:
[0013]
[0014] 在某些实施方式中,公开的是下式的化合物:
[0015]
[0016]
[0017] 其中Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基、或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素、或者两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t是0至10。
[0018] 通过高效液相色谱(HPLC)测定,环氧树脂可以具有95%或更大、97%或更大、99%或更大的纯度。环氧树脂可以基本上不含低聚物杂质。
[0019] 环氧树脂的粘度可以与树脂的纯度成反比。例如,与低纯度的式(I)双环氧树脂相比,高纯度的式(I)双环氧树脂可以具有更低的粘度。
[0020] 环氧树脂可以具有85℃或更低、80℃或更低、75℃或更低、70℃或更低、65℃或更低、60℃或更低、55℃或更低、50℃或更低、45℃或更低,或者40℃或更低的熔点/软化点。环氧树脂可以具有85℃、80℃、75℃、70℃、65℃、60℃、55℃、50℃、45℃或40℃的熔点/软化点。环氧树脂的熔融/软化点可以与树脂的纯度成反比。例如,与低纯度的式(I)的双环氧树脂相比,高纯度的式(I)的双环氧树脂可以具有更低的熔点/软化点。软化点可以根据ASTM E28-99“用环球仪测定从松脂制品中取得的树脂的软化点的标准试验方法(Standard Test Methods for Softening Point of Resins Derived from Naval Stores by Ring-and-Ball Apparatus)”来测定。
[0021] 环氧树脂可以具有式(1-a)、(2-a)或(4-b):
[0022]
[0023]
[0024] 环氧化物可以衍生自下式的化合物:
[0025]
[0026] 环氧化物可以衍生自下式的化合物:
[0027]
[0028] 式(1’-a)的化合物可以具有低于50ppm的苯酚杂质、低于500ppm的酚酞,或者3ppm或更低的金属杂质,或者它们的组合。
[0029] 在另一方面,公开了用于制备式(1)的环氧树脂的方法,包括:(a)提供表氯醇与式(1’)的化合物的混合物;(b)缓慢地向(a)的混合物中加入以提供反应混合物;以及(c)在20℃至24℃下将所述反应混合物搅拌8至12小时。碱可以是氢氧化钠或氢氧化。通过高效液相色谱(HPLC)测定,式(1)的环氧树脂可以具有99%或更大的纯度。式(1)的环氧树脂可以具有式(1-a)。
[0030] 在另一方面,公开了可固化组合物,其包含:(I)至少一种式(1)-(9)的环氧树脂;(II)固化促进剂;和(III)可选的不同于(I)的环氧树脂的辅助环氧树脂。
[0031] 辅助环氧树脂可以选自由以下各项组成的组:脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚线性酚环氧树脂(线型酚醛环氧树脂,phenol novolac epoxy resin)、甲酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、多官能环氧树脂、环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩甘油基苯基缩水甘油醚、二环戊二烯型环氧树脂、多芳香族树脂型环氧树脂,以及它们的混合物。辅助环氧树脂可以是2,2-双(4-羟苯基)丙烷的二缩水甘油醚。
[0032] 固化促进剂可以是胺化合物。胺化合物可以选自异佛尔二胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、氨乙基哌嗪、1,2-和1,3-二氨基丙烷、2,2-二甲基丙二胺、1,4-二氨基丁烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,12-二氨基十二烷、
4-氮杂七亚甲基二胺、N,N’-双(3-氨丙基)丁烷-1,4-二胺、环己烷二胺、二氰胺、二酰胺二苯基甲烷、二酰胺二苯磺酸(胺加合物)、4,4’-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、间亚苯基二胺、对亚苯基二胺、三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、3,
3’-亚氨基二丙基胺、2,4-双(对氨基苄基)苯胺、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、1,2-和1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1,2-二氨基-4-乙基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1-环己基-3,4-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基二环己基丙烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3-氨基-1-环己烷氨基丙烷、1,3-和1,4-双(氨基甲基)环己烷、间和对二甲苯二胺、二乙基甲苯二胺,以及它们的混合物。胺化合物可以是叔胺硬化促进剂。叔胺硬化促进剂可以选自以下各项:三乙基胺、三丁基胺、二甲基苯胺、二乙基苯胺、苄基二甲基胺(BDMA)、α-甲基苄基二甲基胺、N,N-二甲基氨基乙醇、N,N-二甲基氨基甲酚和三(N,N-二甲基氨基甲基)苯酚。胺化合物可以是咪唑硬化促进剂,选自2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-月桂基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑、4-月桂基咪唑、4-十七烷基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-羟基甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-羟基甲基咪唑、1-氰乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑,以及它们的混合物。胺化合物可以是环脒硬化促进剂,其选自4-二氮杂双环(2,2,2)辛烷(DABCO)、二氮杂双环十一碳烯(DBU)、2-苯基咪唑啉,以及它们的混合物。
[0033] 固化促进剂可以是酚类硬化剂。酚类硬化剂可以选自线性酚醛型酚醛树脂、甲阶酚醛型酚醛树脂、芳烷基型酚醛树脂、二环戊二烯型酚醛树脂、萜烯改性酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、双酚类、三苯基甲烷型酚醛树脂,以及它们的混合物。
[0034] 固化促进剂可以是酸酐硬化剂。酸酐硬化剂可以选自以下各项:来酸酐(MA)、苯二甲酸酐(PA)、六氢邻苯二甲酸酐(HEPA)、四氢苯二甲酸酐(THPA)、甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)、甲基六氢二甲酸酐(MHHPA)、纳迪克甲基酸酐(甲基降片烯二酸酐(methyl himic anhydride),MHA)、二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、四氯苯二甲酸酐(TCPA)、均苯四酸二酐(PMDA)、偏苯三酸酐(TMA)、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐(MNA)、六氢苯二甲酸酐(1,2-环己烷二羧酸酐,(HHA)),以及它们的混合物。
[0035] 固化促进剂可以选自以下各项:潜阳离子固化催化剂、脂族或芳族羧酸的(II)盐、脂族或芳族羧酸的(III)盐、脂族或芳族羧酸的(II)盐、β-二酮酸铜(II)、β-二酮酸铝(III)、四氯化锡(IV)、三氟化-三烷基胺复合物,以及它们的混合物。固化促进剂可以是潜阳离子固化催化剂,选自二芳基碘鎓盐、膦酸酯、磺酸酯、羧酸酯、膦内鎓盐(phosphonic ylide)、三芳基硫鎓盐(triarysulfonium salt)、苄基硫鎓盐、芳基重氮盐、苄基吡啶鎓盐、苄基铵盐、异噁唑鎓盐,以及它们的组合。
[0036] 固化促进剂可以是潜阳离子固化催化剂,其包含具有结构[(R10)(R11)I]+X-的二芳基碘鎓盐,其中R10和R11各自独立地为C6-C14单价芳族基,可选地取代有1至4个选自C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、硝基和氯的单价基团;并且其中X-是阴离子。固化促进剂可以具有结构[(R10)(R11)I]+SbF6-,其中R10和R11各自独立地为C6-C14单价芳族烃基,可选取代有1至4个选自C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、硝基和氯的单价基团。
[0037] 固化促进剂可以是潜阳离子固化催化剂,其包含4-辛氧基苯基苯基碘鎓六氟锑酸盐。固化促进剂可以是脂族或芳族羧酸的铜(II)或铝(III)盐,其选自乙酸、硬脂酸、葡糖酸、柠檬酸苯甲酸的铜(II)、锡(II)和铝(III)盐,以及它们的混合物。固化促进剂可以是铜(II)或铝(III)的β-二酮酸盐,其选自乙酰丙酮酸的铜(II)和铝(III)盐。固化促进剂可以是三氟化硼-三烷基胺复合物。
[0038] 在另一方面,公开了包含通过固化所述可固化组合物获得的产物的固化组合物。该固化组合物可以表现出单一的Tg,如大于或等于200℃、大于或等于225℃、或大于或等于
250℃的Tg。
[0039] 在另一方面,公开了包含固化组合物的制品。制品可以选自电气部件、计算机部件、印刷电路板以及机动车、飞机和船舶外部和内部部件。该制品可以通过数值转印模制(树脂转注,resin transfer molding)方法制造。
[0040] 在另一方面,公开了包含固化组合物的材料。该材料可以是涂料、粘合剂、复合材料、封装剂、密封剂或它们的组合。复合材料可以是基于玻璃纤维的复合材料、基于碳纤维的复合材料或它们的组合。该材料可以通过数值转印模制方法制造。
[0041] 本文进一步描述了化合物、组合物、方法和方法。附图说明
[0042] 图1描绘了示例性环氧化物化合物的质子NMR分析(400MHz)。NMR并未示出来自低聚的任何仲醇基团(约4.4ppm)的迹象。
[0043] 图2描绘了示例性环氧化物化合物的31P NMR分析。
[0044] 图3描绘了软化点随环氧当量重量的变化。
[0045] 图4为示出二缩水甘油醚形成机理的反应方案。
[0046] 图5为示出二缩水甘油醚形成反应中低聚副产物的形成的反应方案。
[0047] 图6为示出了PPPBP二缩水甘油醚形成的进程的一系列HPLC色谱图。
[0048] 图7是PPPBP二缩水甘油醚的1H-NMR谱以及示出了该化合物的计算的EEW的表。
[0049] 图8是PPPBP二缩水甘油醚的热分析图。
[0050] 图9是PPPBP二缩水甘油醚和粗制PPPBP在空气中(上图)和在氮气中(下图)的一系列热重量图。
[0051] 图10是示出了SBIBP二缩水甘油醚的形成进程的一系列HPLC色谱图。
[0052] 图11是SBIBP二缩水甘油醚的1H-NMR谱。
[0053] 图12是示出了BPI二缩水甘油醚形成进程的一系列HPLC色谱图。
[0054] 图13是BPI二缩水甘油醚的1H-NMR谱。
[0055] 图14是示出了BisAP二缩水甘油醚形成进程的一系列HPLC色谱图。
[0056] 图15是BisAP二缩水甘油醚的1H-NMR谱。
[0057] 图16是示出了SBIBP二缩水甘油醚形成进程的一系列HPLC色谱图。
[0058] 图17是描绘了相比于使用DDS固化的TGDDM,使用DDS固化的PPPB二缩水甘油醚的水吸收(重量增加)的图。
[0059] 图18是描绘了相比于使用DDS固化的TGDDM,使用DDS固化的PPPBP二缩水甘油醚的水吸收(长度增加)的图。

具体实施方式

[0060] 本公开涉及高热、高纯度的化合物(例如双环氧化物化合物)、制备该化合物的方法、和包含该化合物的可固化组合物。本公开还涉及衍生自该化合物和可固化组合物的材料和制品。所公开的化合物可用于生产具有良好的热性能和机械性能(例如,高玻璃化转变温度(Tg)和延展性)的复合材料,并且可以特别适合于运输和航天应用。该化合物可以是高热、高纯度的环氧化物化合物。
[0061] 热固性材料(例如,环氧热固性材料)的热性能已经通过经由多官能树脂增加复合材料网络的交联密度而实现,该多官能树脂具有,例如每分子三个或四个环氧基团。固化这些多官能树脂(例如,使用芳族胺)产生具有非常高的交联密度的热固性基质。然而,基质的高度交联性质可导致固有的脆性。相比之下,所公开的化合物可以提供具有合适的耐热性和延展性的热固性基质,而不具有导致脆性的高交联密度。如此,所公开的化合物可用于制备具有高Tg的环氧树脂,同时保持或提高树脂的韧性。为了实现这样的树脂,可以通过使用更刚性的双官能环氧树脂而不是三官能和/或四官能环氧树脂来降低交联密度。
[0062] 所公开的树脂还可以提供具有低粘度的优点。低粘度树脂可以通过数值转印模制方法用于生产部件。例如,树脂可用于达到在含有玻璃预成型件(glassperform)的模具中的短填充时间,而不用移动玻璃预成型件。模具可以是等温的,并且一旦树脂进入模具,其可以加热并开始固化,并伴随着粘度增加。低粘度树脂也可用于制备,例如封装微芯片的电子模制品。
[0063] 树脂的低粘度可至少部分归因于树脂的高纯度。例如,所公开的环氧树脂可以基本上不含低聚物杂质以及其它杂质,例如酚酞、金属和其它材料。相比之下,双酚A二缩水甘油基环氧树脂可能含有可对粘度具有显着影响的低聚材料。例如,由双酚类和表氯醇合成环氧树脂的过程中,取决于化学计量和反应条件,可以与更高级的加合物(例如,3:2加合物)一起形成2:1加合物。
[0064]
[0065] 较高分子量加合物对粘度的影响如表1所示。当纯度从约100%到95%时,粘度增加超过50%。所公开的环氧化物和方法可以提供基本上缺少低聚物杂质的高纯度的环氧化物组合物,并且因此可以提供较低粘度的材料。
[0066] 表1.纯度对粘度的影响*
[0067]环氧树脂等级 纯度,wt%2:1加合物 粘度在25℃,cPs
DER 332 约100 5780
DER 330 95 8760
Epon 828 89 13250
DER 317 83 20500
[0068] *使用Brookfield旋转轴粘度计(spindle viscometer)测量粘度;DER 332、330和317环氧树脂来自Dow Chemical;Epon 828来自Momentive。
[0069] 作为另一优点,所公开的树脂,如PPPBP-二环氧化物在室温下可以是固体,使得它们可作为电子模制化合物用于芯片封装以及用于(在使用溶剂时)制备预浸料(预浸渍布)。
[0070] 除非另有定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。如有冲突,以本文件(包括定义)为主。优选的方法和材料如下所述,但是与本文所述的方法和材料相似或等同的方法和材料也可用于本发明的实践或测试。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献通过引用以其整体并入。本文公开的材料、方法和实施例仅是说明性的,而不是限制性的。
[0071] 本文使用的术语“包含(comprise)”、“包括(include)”、“具有(having),有(has)”、“可以(can)”、“含有(contain)”及其变体是指不排除另外的操作或结构的可能性的开放式过渡短语、术语或词语。单数形式的术语“一(a、an)”和“该/所述(the)”包括复数指代,除非上下文另有明确指示。本公开还构想了其他实施方式,其“包含”、“组成为”和“基本组成为”本文呈现的实施方式或元素,无论是明确阐述还是不明确。
[0072] 连接词“或”包括由该连接词相关联的一个或多个列出的元素的任何和所有组合。例如,措辞“包含A或B的装置”可以是指包括A但不存在B的装置、包括B但不存在A的装置、或者同时存在A和B的装置。措辞“A、B……和N中的至少一个”或“A、B……N或它们的组合中的至少一个”在最广泛的意义上被定义为表示选自包含A、B……和N的组中的一个或多个元素,也就是说,元素A、B……或N的一个或多个的任何组合,其包括任何一个单独的元素或者与其它元素(也可以包括、组合有未列出的元素)的一个或多个进行组合。
[0073] 与数量相结合使用的修饰词“约”包括所述值,且具有由上下文指示的含义(例如,其至少包括与特定量的测量相关联的误差程度)。修饰词“约”也应被视为公开由两个端点的绝对值定义的范围。例如,表述“约2至约4”还公开了范围“2至4”。术语“约”可以是指加或减所指示数字的10%。例如,“约10%”可以指示9%至11%的范围,并且“约1”可指0.1-1.1。“约”的其它含义可从上下文显而易见,例如四舍五入,因此,例如“约1”也可意指0.5至1.4。
[0074] 本文中使用的“丙烯酸酯烷基”可以是指通过如本文定义的烷基附接到母体分子部分的丙烯酸酯。丙烯酸酯可以是取代的或未取代的。丙烯酸酯烷基的代表性的实例包括,但不限于H2C=CH2-C(O)O-CH2-和H2C=CH(CH3)-C(O)O-CH2-。
[0075] 本文中使用的“烯基烷基”是指通过本文定义的烷基附接到母体分子部分的烯烃。
[0076] 本文使用的“烷基”可以是指直链,支链或环烃基基团,如甲基基团、乙基基团、正丙基基团、异丙基基团、正丁基基团、异丁基基团、叔丁基基团、正戊基基团、异戊基基团、正己基基团、异己基基团、环戊基基团、环己基基团等。
[0077] 本文使用的“炔基烷基”可以指通过本文定义的烷基附接到母体分子部分的炔烃。
[0078] 本文使用的“芳基”可以指含有6至36个环碳原子的取代的或未取代的芳基基团。芳基的实例,包括但不限于苯基基团、双环烃稠环系统,或三环烃稠环系统,其中一个或多个环是苯基基团。
[0079] 本文使用的“芳烷基”可以指通过本文定义的烷基附接到母体分子部分的本文定义的芳基。
[0080] 本文使用的“共聚物”可以指衍生自两种或更多种结构单元或单体种类的聚合物,与仅衍生自一种结构单元或单体的均聚物不同。
[0081] 本文使用的“C3-C6环烷基”可以指环丙基、环丁基、环戊基或环己基。
[0082] 本文使用的“玻璃化转变温度”或“Tg”可以指聚合物或材料将具有一种或多种有用性质的最高温度。这些性质包括抗冲击性、刚度、强度和形状保持性。可以使用差示扫描量热法测量Tg,并以摄氏度表示。
[0083] 本文使用的“卤代”可以是该前缀所连接的取代基被一个或多个独立选择的卤素基团取代。例如,“C1-C6卤代烷基”是指一个或多个氢原子被独立选择的卤素基团替换的C1-C6烷基取代基。C1-C6卤代烷基的非限制性实例包括氯甲基、1-溴乙基、氟甲基、二氟甲基、三氟甲基和1,1,1-三氟乙基。应当认识到的是,如果取代基被多于一个卤素基团取代,则这些卤素基团可以相同或不同(除非另有说明)。
[0084] 本文使用的“卤素”或“卤素原子”是指氟、氯和溴或碘原子。
[0085] 本文使用的“杂芳基”可以指任何芳香族杂环,其可以包含具有1至3个选自N、O或S的杂原子的可选地苯并缩合的5或6元杂环。杂芳基基团的非限制性实例可以包括吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、吲哚基、咪唑基、噻唑基、异噻唑基、吡咯基、苯基-吡咯基、呋喃基、苯基-呋喃基、噁唑基、异噁唑基、吡唑基、噻吩基、苯并噻吩基、异吲哚啉基、苯并咪唑基、喹啉基、异喹啉基、1,2,3-三唑基、1-苯基-1,2,3-三唑基等。
[0086] 本文使用的“受阻酚稳定剂”可以是指3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸十八烷基酯。
[0087] 本文使用的“烃基”是指通过从烃中除去氢原子形成的单价部分。代表性烃基是具有1至25个碳原子的烷基,如,例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、十一烷基、癸基、十二烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基、二十三烷基和它们的异构体形式;具有6至25个碳原子的芳基,如环取代和环未取代形式的苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、二苯基、四苯基等;具有7至25个碳原子的芳烷基基团,如环取代的和环未取代形式的苄基、苯乙基、苯丙基、苯丁基、萘辛基等;和环烷基基团,如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基等。
[0088] “羟基烷基”是指被至少一个羟基基团取代的如本文定义的烷基。羟基烷基的代表性实例包括,但不限于羟基甲基、2-羟基乙基、3-羟基丙基、2,3-二羟基丙基、2,3-二羟基戊基、4-羟基丁基、2-乙基-4-羟基庚基、3,4-二羟基丁基和5-羟基戊基。
[0089] 本文使用的“PET脱模剂”可以指季戊四醇四硬脂酸酯脱模剂。
[0090] 本文使用的“磷酸酯稳定剂”可以指三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
[0091] 本文使用的“直链或支链C1-C3烷基”或“直链或支链C1-C3烷氧基”可以指甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基和异丙氧基。
[0092] 除非另有说明,每个前述基团可以是未取代的或取代的,前提条件是该取代不会显着不利地影响该化合物的合成、稳定性或用途。
[0093] 术语“结构单元”和“单体”在本文中可以互换使用。
[0094] 如本文所用的“热稳定性”是指聚合物对热条件下分子量降解的抗性。因此,具有差的热稳定性的聚合物可表现出在热条件下,例如在挤出、模制、热成型、热压等条件下的显著的分子量降解。分子量降解也可以通过颜色形成和/或在其它性能,如耐候性、光泽、机械性能和/或热性能的降解中表现。分子量降解也可导致加工条件的显著变化,如熔体粘度变化。
[0095] 对于本文中的数值范围的列举,明确涵盖具有相同精确度的其间的每个中间数字。例如,对于范围6-9,除了6和9之外还涵盖了7和8,而对于范围6.0-7.0,明确涵盖数字6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9和7.0。
[0096] 公开了可用于制备热固性组合物的化合物(在本文中也称为单体)。该单体可以用于赋予源自包含该单体的组合物的材料和制品耐热性。
[0097] 通过高效液相色谱(HPLC)测定,化合物(例如,双环氧化物化合物)可以具有的纯度大于或等于90%、大于或等于91%、大于或等于92%、大于或等于93%、大于或等于94%、大于或等于95%、大于或等于96%、大于或等于97%、大于或等于98%、大于或等于99%、大于或等于99.1%、大于或等于99.2%、大于或等于99.3%、大于或等于99.4%、大于或等于99.5%、大于或等于99.6%、大于或等于99.7%、大于或等于99.8%、或大于或等于99.9%。
[0098] 化合物可以具有金属杂质含量为3ppm或更低、2ppm或更低、1ppm或更低、500ppb或更低、400ppb或更低、300ppb或更低、200ppb或更低、或100ppb或更低。金属杂质可以是、锌、铝或它们的组合。该化合物可以具有未知的杂质含量为0.1wt%或更低。该化合物可以具有使用测试方法ASTM D1209测量的颜色ALPHA值为40或更低、35或更低、30或更低、25或更低、20或更低、19或更低、18或更低、17或更低、16或更低、或者15或更低。
[0099] 所公开的化合物可以具式(I)-(IX):
[0100]
[0101]
[0102] 其中R1和R2每次出现各自独立地选自含环氧化物的官能团;Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基、或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基基团;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或者两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t为0至10。
[0103] 在某些实施方式中,R1和R2每次出现各自独立地选自:
[0104]
[0105] 其中R3a和R3b各自独立地选自氢和C1-C12烷基。
[0106] 在某些实施方式中,R1和R2各自独立地选自:
[0107]
[0108] 在某些实施方式中,所公开的化合物是双环氧化物化合物。环氧化物可以基本上不含环氧化物低聚物杂质。通过高效液相色谱法测定,环氧化物可以具有的低聚物杂质含量为小于或等于3%、小于或等于2%、小于或等于1%、小于或等于0.5%、小于或等于0.4%、小于或等于0.3%、小于或等于0.2%、或小于或等于0.1%。环氧化物可以具有对应于95%纯度或更大、96%纯度或更大、97%纯度或更大、98%纯度或更大、99%纯度或更大、或100%纯度的双环氧化物纯度的环氧当量重量。环氧当量重量(EEW)是含有1摩尔环氧基团的树脂重量,单位g。环氧当量重量也是树脂的分子量除以一个分子中的环氧基团的数目。
[0109] 环氧化物可以具有式(1)-(9),或它们的组合,
[0110]
[0111]
[0112] 其中Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基、或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基基团;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或者两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t为0至10。
[0113] 环氧化物可以具有式(1-a)、(2-a)、(3-a)、(4-a)、(4-b)、(4-c)、(5-a)、(6-a)、(7-a)、(8-a)、(9-a)或它们的组合,
[0114]
[0115]
[0116] 例如,式(1-a)、(2-a)和(3-a)的环氧化物可以具有263g/mol、262g/mol、261g/mol、260g/mol、259g/mol、258g/mol、257g/mol、256g/mol、255g/mol、254g/mol、253g/mol或252g/mol的环氧当量重量。例如,式(1-a)、(2-a)和(3-a)的环氧化物可以具有252.5g/mol的环氧当量重量。
[0117] 环氧化物可以衍生自相应的双酚。环氧化物可以衍生自式(1’)-(9’)的双酚或它们的组合,
[0118]
[0119]
[0120] 其中Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基、或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基基团;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t为0至10。
[0121] 环氧化物可以衍生自式(1’-a)、(2’-a)、(3’-a)、(4’-a)、(4’-b)、(4’-c)、(5’-a)、(6’-a)、(7’-a)、(8’-a)、(9’-a)的双酚或它们的组合,
[0122]
[0123]
[0124] 双酚可以具有的纯度为97%或更大、98%或更大、99%或更大、99.5%或更大、99.8%或更大、99.90%或更大、或99.95%或更大。双酚可以具有的氨基酚杂质含量为
200ppm或更低、150ppm或更低、100ppm或更低、90ppm或更低、80ppm或更低、70ppm或更低、
60ppm或更低、50ppm或更低、40ppm或更低、30ppm或更低、20ppm或更低、或10ppm或更低。氨基酚杂质可以为2-苯基-3-(4-氨基苯基)-3-(4-羟苯基)苯并吡咯酮。双酚可以具有的酚酞杂质含量为1,000ppm或更低、750ppm或更低、500ppm或更低、400ppm或更低、300ppm或更低、
200ppm或更低、100ppm或更低、50ppm或更低。双酚可具有的金属杂质含量为3ppm或更低、
2ppm或更低、1ppm或更低、500ppb或更低、400ppb或更低、300ppb或更低、200ppb或更低、或
100ppb或更低。金属杂质可以是铁、钙、锌、铝或它们的组合。双酚可以具有的未知杂质含量为0.1wt%或更低。使用测试方法ASTM D1209测量的,双酚可以具有的颜色APHA值为40或更低、35或更低、30或更低、25或更低、20或更低、19或更低、18或更低、17或更低、16或更低、或
15或更低。
[0125] 所公开的式(1)-(9)的环氧化物可以由相应的双酚化合物[例如,式(1’)-(9’)的双酚]来制备。双酚可以提供为与环氧化物源(例如表氯醇)的混合物。获得的混合物可以在选定温度下用催化量的碱处理。合适的碱包括,但不限于碳酸盐(例如,碳酸氢钠、碳酸铵或溶解的二氧化碳)和氢氧化物碱(例如,氢氧化钠、氢氧化钾、或氢氧化铵)。碱可以添加为粉末(例如,粉末氢氧化钠)。碱可以缓慢地加入(例如,历经60至90分钟的时间段)。例如,反应混合物的温度可以保持在20℃至24℃。反应可以搅拌选定的时间段(例如,5小时至24小时,或8小时至12小时)。可以通过加入水性溶剂,可选地与一种或多种有机溶剂(例如,乙酸乙酯)一起淬灭反应。可以萃取(例如,使用乙酸乙酯)水层并且干燥和浓缩有机萃取物。可以纯化(例如,通过胶色谱)并分离粗制产物。可以80%或更大、85%或更大、或90%或更大的产率获得分离的产物。
[0126] 通过高效液相色谱(HPLC)测量,分离的产物的纯度可以大于或等于90%、大于或等于91%、大于或等于92%、大于或等于93%、大于或等于94%、大于或等于95%、大于或等于96%、大于或等于97%、大于或等于98%、大于或等于99%、大于或等于99.1%、大于或等于99.2%、大于或等于99.3%、大于或等于99.4%、大于或等于99.5%、大于或等于99.6%、大于或等于99.7%、大于或等于99.8%、或大于或等于99.9%。分离的产物可以基本不含低聚物杂质。
[0127] 还公开了包含所公开的高热、高纯度的环氧化物的可固化组合物。环氧化物可以与一种或多种另外的组分共混以提供可固化组合物。例如,可固化组合物可以进一步包括固化促进剂、辅助环氧树脂、阻燃剂、填料、增强纤维、染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂增塑剂润滑剂、流动改性剂、防滴剂(drip retardant)、防粘剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基底粘附剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应消除添加剂,以及它们的组合。
[0128] 可固化组合物基于该可固化组合物的总重量以1wt%至99.9wt%、3wt%至50wt%、5wt%至40wt%或10wt%to 30wt%的量包含所公开的高热、高纯度环氧化物。
[0129] 当可固化组合物固化时,如使用差示扫描量热法测量的,可固化组合物可以具有的Tg为大于或等于145℃、大于或等于150℃、大于或等于155℃、大于或等于160℃、大于或等于165℃、大于或等于170℃、大于或等于175℃、大于或等于180℃、大于或等于185℃、大于或等于190℃、大于或等于200℃、大于或等于210℃、大于或等于220℃、大于或等于230℃、大于或等于240℃、大于或等于250℃、大于或等于260℃、大于或等于270℃、大于或等于280℃、大于或等于290℃、或大于或等于300℃。在任一上述实施方式中,Tg可以低于450℃,或低于420℃。可以10℃/分钟或20℃/分钟的加热速率进行示差扫描量热法(DSC)。与两个或多个Tg不同,固化组合物可以表现出单一的Tg,表明环氧树脂共价结合到固化组合物的环氧树脂基质上。换言之,环氧树脂可以不作为环氧树脂基质内的单独相存在。取决于环氧组分和固化促进剂的类型和相对量,玻璃转化可以,例如在100℃至300℃、或150℃至200℃的范围内。
[0130] 固化组合物可表现出良好的冲击强度。在一些实施方式中,如根据ASTM D 4812-06使用2英尺-磅的锤能量在23℃测量的,固化组合物表现出至少400焦/米、具体为400至
600焦耳/米、更具体为450至550焦耳/米,且甚至更具体为480至520焦耳/米的无缺口悬臂梁冲击强度。
[0131] 固化组合物可以表现出良好的延展性。固化组合物可以表现出良好的断裂韧性、无缺口悬臂梁冲击强度和良好的拉伸伸长。
[0132] 固化组合物可以在热解后表现出增加的炭形成。
[0133] 固化组合物可以表现出低的吸湿性。
[0134] 固化组合物可以表现出固化后的收缩率降低。
[0135] 固化组合物可以表现出降低的介电性能。
[0136] 根据IPC-TM-650 2.5.5.9在1,000兆赫下测量的,固化组合物可以表现出2.8至3.2,具体地为2.9至3.1,更具体地为3.00至3.06的介电常数
[0137] 根据IPC-TM-650 2.5.5.9在1,000兆赫下测量的,固化组合物可以表现出0.011至0.017,具体地为0.012至0.016,更具体地为0.013至0.015的损耗正切。
[0138] 固化组合物可以表现出,在80℃的去离子水中浸渍250小时后测量的小于或等于5重量百分比(wt%),具体地小于或等于4wt%,更具体地小于或等于3wt%,并且甚至更具体地小于或等于2wt%的吸水性。
[0139] 固化组合物可以优选表现出低于其Tg的不大于30微米/米-℃.(μm/m-℃),优选不大于25μm/m-℃,更优选不大于20μm/m-℃的热膨胀系数(CTE)。
[0140] 固化组合物可以同时表现出许多另外的有利性质。
[0141] 可固化组合物可以包含固化促进剂。如本文使用的术语“固化促进剂”包括这样的化合物,其在固化环氧树脂中的作用被不同地描述为硬化剂、硬化促进剂、固化催化剂和固化助催化剂等。硬化剂是核反应性固化剂。硬化剂与环氧树脂的环氧基和/或仲羟基反应。合适用于环氧树脂的固化剂在本领域中是已知的,并且包括,例如胺、双氰胺、聚酰胺、酰氨基胺、曼尼奇碱(Mannich base)、酸酐、苯酚-甲醛树脂、羧酸官能聚酯、多硫化物、聚硫醇、异氰酸酯、氰酸酯,以及它们的组合。
[0142] 在一些实施方式中,固化促进剂包含胺。胺可以是多胺、叔胺、脒或它们的组合。适合的多胺的实例包括胺硬化剂,如异佛尔酮二胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、氨乙基哌嗪、1,2-和1,3-二氨基丙烷、2,2-二甲基丙二胺、1,4-二氨基丁烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,12-二氨基十二烷、4-氮杂七亚甲基二胺、N,N′-双(3-氨丙基)丁烷-1,4-二胺、环己烷二胺、4,4′-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、间亚苯基二胺、对亚苯基二胺、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、3,3′-亚氨基二丙基胺、2,4-双(对氨基苄基)苯胺、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、1,2-和1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1,2-二氨基-4-乙基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1-环己基-3,4-二氨基环己烷、4,4′-二氨基二环己基甲烷、4,4′-二氨基二环己基丙烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷、3-氨基-1-环己烷氨基丙烷、1,3-和1,4-双(氨基甲基)环己烷、间和对二甲苯二胺、二乙基甲苯二胺,以及它们的组合。在一些实施方式中,固化促进剂包含选自由间亚苯基二胺、4,4′-二氨基二苯基甲烷,以及它们的组合组成的组中的硬化剂。
[0143] 适合的胺化合物的实例还包括叔胺硬化促进剂,如三乙基胺、三丁基胺、二甲基苯胺、二乙基苯胺、苄基二甲基胺(BDMA)、α-甲基苄基二甲基胺、N,N-二甲基氨基乙醇、N,N-二甲基氨基甲酚、三(N,N-二甲基氨基甲基)苯酚,以及它们的组合。适合的胺化合物的实例还包括咪唑硬化促进剂,如2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-月桂基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑、4-月桂基咪唑、4-十七烷基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-羟基甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-羟基甲基咪唑、1-氰乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑,以及它们的组合。适合的胺化合物的实例还包括环状脒硬化促进剂,如4-二氮杂双环(2,2,2)辛烷(DABCO)、二氮杂双环十一碳烯(DBU)、2-苯基咪唑啉,以及它们的组合。
[0144] 固化促进剂可以包含其它胺化合物。其它适合的胺化合物的实例包括硬化剂,如酮亚胺,它们是酮和伯脂族胺的反应产物;聚醚胺,其是衍生自环氧乙烷或环氧丙烷的多元醇与胺的反应产物;胺封端的聚酰胺,其通过二聚和三聚植物脂肪酸与多胺的反应制备;酰氨基胺、咪唑啉,以及它们的组合,例如二亚乙基三胺和妥尔油脂肪酸的反应产物。适合的胺硬化剂包括脂族胺化合物,如二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二乙基氨丙基胺(DEAPA)、亚甲基二胺、N-氨基乙基吡嗪(AEP)、间二甲苯二胺(MXDA)等;芳族胺化合物,如间亚苯基二胺(MPDA)、4,4'-二氨基二苯基甲烷(MDA)、二氨基二苯基砜(DADPS)、二氨基二苯基醚等;和仲或叔胺化合物,如苯基甲基二甲基胺(BDMA)、二甲基氨基甲基酚(DMP-10)、三(二甲基氨基甲基)酚(DMP-30)、哌啶、4,4'-二氨基二环己基甲烷、1,4-二氨基环己烷、2,6-二氨基吡啶、间亚苯基二胺、对亚苯基二胺、4,4'-二氨基二苯基甲烷、2,2'-双(4-氨基苯基)丙烷、联苯胺、4,4'-二氨基苯基氧化物、4,4'-二氨基二苯基砜、双(4-氨基苯基)苯基膦氧化物、双(4-氨基苯基)甲基胺、1,5-二氨基萘、间二甲苯二胺、对二甲苯二胺、六亚甲基二胺、6,6'-二胺-2,2'-吡啶、4,4'-二氨基二苯甲酮、4,4'-二氨基偶氮苯、双(4-氨基苯基)苯基甲烷、1,1-双(4-氨基苯基)环己烷、1,1-双(4-氨基-3-甲基苯基)环己烷、2,5-双(氨基苯基)-1,3,4-噁二唑、2,5-双(对氨基苯基)-1,3,4-噁二唑、
2,5-双(氨基苯基)噻唑(4,5-d)噻唑、5,5'-二(间氨基苯基)-(2,2')-双(1,3,4-噁二唑)、
4,4'-二氨基二苯基醚、4,4'-双(对氨基苯基)-2,2'-二噻唑、间双(4-对氨基苯基-2-噻唑基)苯、4,4'-二氨基苯甲酰苯胺、4,4'-二氨基苯基苯甲酸酯、N,N'-双(4-氨基苄基)-对亚苯基二胺、和4,4'-亚甲基双(2-氯苯胺);三聚氰胺、2-氨基-s-三嗪、2-氨基-4-苯基-s-三嗪、2-氨基-4-苯基-s-三嗪、2-氨基-4,6-二乙基-s-三嗪、2-氨基-4,6-二苯基-s-三嗪、2-氨基-4,6-双(对甲氧基苯基)-s-三嗪、2-氨基-4-苯胺基-s-三嗪、2-氨基-4-苯氧基-s-三嗪、2-氨基-4-氯-s-三嗪、2-氨基-4-氨基甲基-6-氯-s-三嗪、2-(对氨基苯基)-4,6-二氯-s-三嗪、2,4-二氨基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-s-三嗪、2,
4-二氨基-6-苄基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-(对氨基苯基)-s-三嗪、2,4-二氨基-6-(间氨基苯基)-s-三嗪、4-氨基-6-苯基-s-三嗪-2-醇、和6-氨基-s-三嗪-2,4-二醇等,以及它们的混合物。
[0145] 进一步的胺硬化剂包括异佛尔酮二胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、氨乙基哌嗪、1,2-和1,3-二氨基丙烷、2,2-二甲基亚丙基二胺、1,4-二氨基丁烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,12-二氨基十二烷、4-氮杂七亚甲基二胺、N,N’-双(3-氨丙基)丁烷-1,4-二胺、环己烷二胺、双氰胺、二酰胺二苯基甲烷、二酰胺二苯磺酸(胺加合物)、4,4’-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、间亚苯基二胺、三聚氰胺甲醛、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、3,3’-亚氨基二丙基胺、2,4-双(对氨基苄基)苯胺、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、1,2-和1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1,2-二氨基-4-乙基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1-环己基-3,4-二氨基-环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基二环己基丙烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3-氨基-1-环己烷氨基丙烷、1,3-和1,4-双(氨基甲基)环己烷、间和对二甲苯二胺,以及它们的混合物。
[0146] 其它示例性的硬化剂包括1-苄基-2-甲基咪唑、4,4'-二氨基二苯基-甲烷、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.,Japan制造和销售)、2-乙基-4-甲基咪唑啉、低粘度2-乙基-4-甲基咪唑、2-苄基-4-甲基咪唑、2-苄基-4-甲基咪唑啉、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、1-(2-氰乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、1-(2-氰乙基)-2-苯基-4,5-二(氰基乙氧基甲基)咪唑,和1-氰乙基-2-甲基咪唑。
[0147] 固化促进剂可以包含酸酐硬化剂。适合的酸酐的实例包括马来酸酐(MA)、苯二甲酸酐(PA)、六氢-邻苯二甲酸酐(HEPA)、四氢苯二甲酸酐(THPA)、甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)、甲基六氢苯二甲酸酐(MHHPA)、纳迪克甲基酸酐(甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、甲基降冰片烯二酸酐himic anhydride,MHA)、二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、四氯苯二甲酸酐(TCPA)、均苯四酸二酐(PMDA)、偏苯三酸酐(TMA)、六氢苯二甲酸酐(1,2-环己烷二羧酸酐,(HHA)),以及它们的组合。
[0148] 固化促进剂可以包含酚-甲醛树脂。适合的酚-甲醛树脂包括,例如线性酚醛型酚醛树脂、甲阶酚醛型酚醛树脂、芳烷基型酚醛树脂、二环戊二烯型酚醛树脂、萜烯改性酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、双酚型酚醛树脂、三苯基甲烷型酚醛树脂,以及它们的组合。
[0149] 固化促进剂可以包含曼尼奇碱。曼尼奇碱的实例是胺与酚和甲醛、三聚氰胺-甲醛树脂、脲-甲醛树脂,以及它们的组合的反应产物。
[0150] 除了以上列示的叔胺之外,固化促进剂可以包含其它硬化促进剂。其它硬化促进剂的适合的实例是取代的脲,例如3-苯基-1,1-二甲基脲;苯基异氰酸酯与二甲基胺的反应产物;甲苯二异氰酸酯与二甲基胺的反应产物;季鏻盐,如四烷基卤化鏻和烷基三苯基卤化鏻;以及它们的组合。
[0151] 固化促进剂可以包含金属盐,例如脂族或芳族羧酸的铜(II)或铝(III)盐。此种盐的适合实例包括乙酸、硬脂酸、葡糖酸、柠檬酸、苯甲酸等阴离子的铜(II)、锡(II)和铝(III)盐以及它们的组合。固化促进剂可以包含铜(II)或铝(III)的β-二酮酸盐。此种金属二酮酸盐的适合的实例包括乙酰丙酮酸的铜(II)和铝(III)盐。固化促进剂可以包含三氟化硼-三烷基胺复合物。说明性的三氟化硼-三烷基胺复合物是三氟化硼-三甲基胺复合物。
[0152] 固化促进剂可以包含潜阳离子固化催化剂。潜阳离子固化催化剂,例如使用在UV固化的环氧树脂组合物中。潜阳离子固化催化剂包括,例如二芳基碘鎓盐、膦酸酯、磺酸酯、羧酸酯、膦内鎓盐(phosphonic ylides)、三芳基硫鎓盐、苄基硫鎓盐、芳基重氮盐、苄基吡啶鎓盐、苄基铵盐、异噁唑鎓盐,以及它们的组合。例如,固化促进剂可以是包含具有结构[(R10)(R11)I]+X-的二芳基碘鎓盐的潜阳离子固化催化剂,其中R10和R11各自独立地为C6-C14单价芳族烃基,可选地取代有1至4个选自C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、硝基和氯的单价基团;并且其中,X-是阴离子。
[0153] 在一些实施方式中,固化促进剂是包含具有结构[(R10)(R11)I]+SbF6-的二芳基碘鎓盐的潜阳离子固化催化剂,其中R10和R11各自独立地为C6-C14单价芳族烃基,其可选地取代有1至4个选自C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、硝基和氯的单价基团。在一些实施方式中,固化促进剂是包含4-辛氧基苯基苯基碘鎓六氟锑酸盐的潜阳离子固化催化剂。
[0154] 固化促进剂的量将取决于固化促进剂的类型,以及可固化组合物的其它组分的类型和量。例如,当固化促进剂是潜阳离子固化催化剂时,其可以相对于每100重量份所公开的环氧化物和辅助环氧树脂(如果存在)为0.1至10重量份的量使用。作为其它实例,当固化促进剂是铜(II)或铝(III)的β-二酮酸盐时,其可以相对于每100重量份所公开的环氧化物和辅助环氧树脂(如果存在)为1至10重量份的量使用。作为又另一实例,当固化促进剂是胺硬化剂时,其可以相对于每100重量份所公开的环氧化物和辅助环氧树脂(如果存在)为2至40重量份的量使用。作为又另一实例,当固化促进剂是咪唑硬化促进剂时,其可以相对于每
100重量份所公开的环氧化物和辅助环氧树脂(如果存在)为0.01至5重量份的量使用。
[0155] 在一些实施方式中,固化促进剂包含硬化剂,并且可固化组合物基于该可固化组合物的总重量以0.1至50wt%,具体地0.5至30wt%,更具体地1至20wt%,并且甚至更具体地2至10wt%的量包含固化促进剂。
[0156] 作为固化促进剂的适合的软硬(软和硬,soft and hard)酸碱复合物包括酸碱复合物,如三氟化硼-三烷基胺复合物等。说明性的三氟化硼-三烷基胺复合物是三氟化硼-三甲基胺复合物。
[0157] 当固化促进剂包含硬化剂时,其量可以相对于总环氧当量的当量来规定。例如,当固化促进剂包含胺硬化剂时,所公开的环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂提供的总环氧当量与总胺当量的比例为1:1至1.3:1,具体地1.1:1至1.2:1,并且甚至更具体地1.1:1至1.2:1。
[0158] 可固化组合物可以包括辅助环氧树脂。辅助环氧树脂可以具有下式:
[0159]
[0160] 其中A是价数为n的有机或无机基团,X是氧或氮,m是1或2并且与X的价数一致,R是氢或甲基,n为1至1000,具体地1至8,更具体地2或3或4。
[0161] 适合的环氧树脂的类别包括,例如脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、苯酚线性酚醛环氧树脂、甲酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、异氰脲酸酯型环氧树脂、乙内酰脲型环氧树脂、脂环族环氧树脂、多官能环氧树脂、萘环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩水甘油基苯基-缩水甘油基醚、二环戊二烯型环氧树脂、多芳香族树脂型环氧树脂等,以及它们的组合。
[0162] 其它适合的环氧树脂的类别可以包括,例如卤化乙内酰脲型环氧树脂、二苯基型环氧树脂、三苯基甲烷型环氧树脂、四苯基-缩水甘油基-醚乙烷(4官能环氧树脂)、各种线性酚醛型环氧树脂等。
[0163] 适合的环氧化物包括具有以下结构的那些:
[0164]
[0165]
[0166] 其中每次出现的R独立地为氢或甲基;每次出现的M独立地为C1-C18亚烃基,其可选地进一步包含选自环氧乙烷、羧基、羧酰胺、酮、醛、醇、卤素、腈中的一个成员或多个成员;每次出现的X独立地为氢、氯、氟、溴、C1-C18烃基,该烃基可选地进一步包含选自羧基、羧酰胺、酮、醛、醇、卤素和腈中的一个成员或多个成员;每次出现的B独立地为碳-碳单键、C1-C18烃基、C1-C12烃氧基、C1-C12烃硫基、羰基、硫醚基、磺酰基、亚磺酰基、磷酰基、硅烷或进一步包含选自羧基烷基、羧酰胺、酮、醛、醇、卤素和腈中的一个成员或多个成员的此种基团;n为1至20;并且每次出现的p和q独立地为0至20。
[0167] 用于多种应用的适合的环氧树脂包括通过表氯醇或表溴醇与酚类化合物反应所生产的那些。适合的酚类化合物包括间苯二酚、邻苯二酚、氢醌、2,6-二羟基萘、2,7-二羟基萘、2-(二苯基磷酰基)氢醌、双(2,6-二甲基苯酚)2,2’-联苯酚、4,4-联苯酚、2,2’,6,6’-四甲基联苯酚、2,2’,3,3’,6,6’-六甲基联苯酚、3,3’,5,5’-四溴-2,2’6,6’-四甲基联苯酚、3,3’-二溴-2,2’,6,6’-四甲基联苯酚、2,2’,6,6’-四甲基-3,3’5-二溴联苯酚、4,4’-异丙叉基联苯酚(双酚A)、4,4’-异丙叉基双(2,6-二溴苯酚)(四溴双酚A)、4,4’-异丙叉基双(2,
6-二甲基苯酚)(四甲基双酚A)、4,4’-异丙叉基双(2-甲基苯酚)、4,4’-异丙叉基双(2-烯丙基苯酚)、4,4’-(1,3-亚苯基二异丙叉基)双酚(双酚M)、4,4’-异丙叉基双(3-苯基苯酚)、4,
4’-(1,4-亚苯基二异丙叉基)双酚(双酚P)、4,4’-乙叉基联苯酚(双酚E)、4,4’-氧二苯酚、
4,4’-硫代二苯酚、4,4’-硫代双(2,6-二甲基苯酚)、4,4’-磺酰基二苯酚、4,4’-磺酰基双(2,6-二甲基苯酚)4,4’-亚磺酰基二苯酚、4,4’-六氟异丙叉基双酚(双酚AF)、4,4’-(1-苯基乙叉基)双酚(双酚AP)、双(4-羟苯基)-2,2-二氯乙烯(双酚C)、双(4-羟苯基)甲烷(双酚-F)、双(2,6-二甲基-4-羟苯基)甲烷、4,4'-(环戊叉基)二苯酚、4,4'-(亚环己叉基)联苯酚(双酚Z)、4,4'-(环十二烷叉基)联苯酚4,4'-(二环[2.2.1]庚叉基)二苯酚、4,4'-(9H-芴-
9,9-二基)二苯酚、3,3-双(4-羟苯基)异苯并呋喃-1(3H)-酮、1-(4-羟苯基)-3,3-二甲基-
2,3-二氢-1H-茚-5-醇、1-(4-羟基-3,5-二甲基苯基)-1,3,3,4,6-五甲基-2,3-二氢-1H-茚-5-醇、3,3,3',3'-四甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺二[茚]-5,6'-二醇(螺二茚满)、二羟基二苯甲酮(双酚K)、三(4-羟苯基)甲烷、三(4-羟苯基)乙烷、三(4-羟苯基)丙烷、三(4-羟苯基)丁烷、三(3-甲基-4-羟苯基)甲烷、三(3,5-二甲基-4-羟苯基)甲烷、四(4-羟苯基)乙烷、四(3,5-二甲基-4-羟苯基)乙烷、双(4-羟苯基)苯基膦氧化物、二环戊二烯基双(2,6-二甲基苯酚)、二环戊二烯基双(2-甲基苯酚)、二环戊二烯基双酚等,以及它们的混合物。在一些实施例中,环氧树脂包含双酚A二缩水甘油基醚环氧树脂。
[0168] 其它适合的环氧树脂包括N-缩水甘油基苯二甲酰亚胺、N-缩水甘油基四氢苯二甲酰亚胺、苯基缩水甘油基醚、对丁基苯基缩水甘油基醚、苯乙烯氧化物、新己烯氧化物、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、四亚甲基二醇二缩水甘油醚、聚四亚甲基二醇二缩水甘油醚、间苯二酚-型环氧化物化合物、苯酚线性酚醛-型环氧化物化合物、邻甲线性酚醛-型环氧化物化合物、己二酸二缩水甘油基酯、癸二酸二缩水甘油基酯、和苯二甲酸二缩水甘油基酯。
[0169] 其它环氧树脂包括酚类树脂的缩水甘油基醚,如以下各项的缩水甘油基醚:苯酚-甲醛线性酚醛、烷基取代酚-甲醛树脂,包括甲酚-甲醛线性酚醛、叔丁基苯酚-甲醛线性酚醛、仲丁基苯酚-甲醛线性酚醛、叔辛基苯酚-甲醛线性酚醛、枯基苯酚-甲醛线性酚醛、癸基苯酚-甲醛线性酚醛。其它有用的环氧化物是以下各项的缩水甘油基醚:溴苯酚-甲醛线性酚醛、氯苯酚甲醛线性酚醛、苯酚-双(羟基甲基)苯线性酚醛、苯酚-双(羟基甲基二苯基)线性酚醛、苯酚-羟基苯甲醛线性酚醛、苯酚-二环戊二烯线性酚醛、萘酚-甲醛线性酚醛、萘酚-双(羟基甲基)苯线性酚醛、萘酚-双(羟基甲基二苯基)线性酚醛、萘酚-羟基苯甲醛线性酚醛,和萘酚-二环戊二烯线性酚醛等,以及它们的混合物。
[0170] 其它适合的环氧树脂包括多元脂肪族醇的聚缩水甘油基醚。此种多元醇的实例包括1,4-丁二醇、1,6-己二醇、聚亚烷基二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、2,2-双(4-羟基环己基)丙烷和季戊四醇。
[0171] 其它适合的环氧树脂是聚缩水甘油基酯,其是通过使表氯醇或适合的环氧化物化合物与以下脂族、脂环族或芳族多羧酸的反应获得的,如草酸、己二酸、戊二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯或六氢邻苯二甲酸、2,6-萘二甲酸和二聚脂肪酸。实例是对苯二甲酸二缩水甘油酯和六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯。此外,可以使用聚环氧化物化合物,其包含在分子链上随机分布的环氧基团,并且可以通过使用含有这些环氧基团的烯属不饱和化合物(如,例如丙烯酸或甲基丙烯酸的缩水甘油酯)的乳液共聚来制备。
[0172] 可以使用的其它环氧树脂的实例是基于杂环环体系的那些,例如乙内酰脲环氧树脂、三缩水甘油基异氰脲酸酯及其低聚物、三缩水甘油基-对氨基苯酚、三缩水甘油基-对氨基二苯基醚、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、四缩水甘油基二氨基二苯基醚、四(4-缩水甘油基氧苯基)乙烷、尿唑环氧化物、尿嘧啶环氧化物和噁唑烷酮修饰的环氧树脂。
[0173] 其它实例是基于芳族胺,如苯胺的聚环氧化物,例如N,N-二缩水甘油基苯胺、二氨基二苯基甲烷和N,N-二甲基氨基二苯基甲烷,或N,N-二甲基氨基二苯基砜和脂环族环氧树脂,如3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、4,4'-(1,2-环氧乙基)二苯基、4,4'-二(1,2-环氧乙基)二苯基醚和双(2,3-环氧环戊基)醚。
[0174] 单官能环氧化物化合物的实例包括2-乙基己基缩水甘油基醚、丁基缩水甘油基醚、苯基缩水甘油基醚、叔丁基缩水甘油基醚、邻甲酚缩水甘油基醚、和壬基苯酚缩水甘油基醚。
[0175] 还可以使用噁唑烷酮-修饰的环氧树脂,如Angew.Makromol.Chem.,vol.44,(1975),第151-163页和Schramm的美国专利No.3,334,110中公开的那些。实例是在适合促进剂的存在下双酚A二缩水甘油醚与二苯基甲烷二异氰酸酯的反应产物。
[0176] 环氧树脂低聚物可以通过环氧树脂与酚,如双酚的缩合来制备。典型的实例是双酚A与双酚A二缩水甘油醚的缩合以生产低聚二缩水甘油醚。在另一实例中,可以使用与用来衍生环氧树脂的酚不同的酚。例如,可以使四溴双酚A与双酚A二缩水甘油醚缩合来生产含有卤素的低聚二缩水甘油醚。
[0177] 其它适合的聚环氧化物化合物以及用于环氧树脂的固化剂描述于Henry Lee Kris Neville的"Handbook of Epoxy Resins"McGraw-Hill Book Company,1967以及Henry Lee的"Epoxy Resins",American Chemical Society,1970中。
[0178] 用于与所公开的环氧化物共混的一些特定的环氧树脂包括:YX400H(由Japan Epoxy Resins Co.,Ltd提供,环氧当量195),二苯基型环氧树脂,3,3',5,5'-四甲基-[1,1'-二苯基]-4,4'-缩水甘油基醚(二苯基型环氧树脂);195XL(由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.提供,环氧当量195),作为甲线性酚醛型环氧树脂,二环戊二烯型环氧树脂;EBS400T(由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.提供,环氧当量400),作为阻燃剂双酚型环氧树脂;四溴双酚A环氧树脂(由Dainippon.Ink And Chemicals,Incorporated提供,商品名:EPICLON-
153);溴化双酚A型环氧树脂、三官能环氧树脂、热固性环氧树脂、液体形式环氧树脂;四甲基双酚二缩水甘油醚(YX4000:由Japan Epoxy Resins Co.,Ltd提供;环氧当量190);双酚A缩水甘油基醚环氧树脂(AER331,由Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha,Japan制造和销售;环氧当量:189);双酚A环氧树脂:DER-331L,由Dow Chemical Japan Ltd提供;苯酚线性酚醛型环氧树脂:EPPN-201,由Nippon Kayaku Co.,Ltd.提供;双酚A型环氧树脂(商品名:Epikote 1001,由Yuka Shell Epoxy K.K.提供);甲线性酚醛型环氧树脂(商品名:
ESCN-220F,由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.提供);环氧树脂(商品名:Epikote 5045);环氧树脂(商品名:ESCN220F);溴化双酚A型环氧树脂,其是多官能环氧树脂和超耐热环氧树脂(商品名:EPPN501H,由Nippon Kayaku Co.,Ltd.提供,每环氧当量的重量170);和环氧树脂,其为三苯基甲烷型环氧树脂(商品名:EPPN501H,由Nippon Kayaku Co.,Ltd提供,每环氧当量的重量164);和EPPN-052H,由Nippon Kayaku Co.,Ltd.提供);苯酚线性酚醛型环氧树脂(商品名:EPN1182,由Asahi Kasei Epoxy Co.,Ltd.制造,环氧当量为179g/eq);甲酚线性酚醛型环氧树脂(商品名:ECN1299,由Asahi Kasei Epoxy Co.,Ltd.提供,环氧当量为
219g/eq);热固性环氧树脂(商品名:EPON 11511360,由Shell Chemical Company制造);液体形式的环氧树脂(商品名:EF-450,由Japan REC Co.Ltd生产);双酚A型环氧树脂(商品名:Epiclon 850S,由Dainippon Ink&Chemicals,Inc.制造,每环氧当量的重量180);溴化线性酚醛双酚A型环氧树脂(商品名:BREN-S,由Nippon Kayaku Co.,Ltd制造);以及还有BREN-105、BREN-304,由Nippon Kayaku Co.,Ltd提供);O-甲酚线性酚醛型环氧树脂(商品名:EOCN-102S,由Nippon Kayaku Co.,Ltd制造);以及还有EOCN-1020,由Nippon Kayaku Co.,Ltd提供);苯酚线性酚醛型环氧树脂(商品名:EPPN-201,由Nippon Kayaku Co.,Ltd制造);高纯度液体环氧树脂(商品名:RE-310,由Nippon Kayaku Co.,Ltd制造;以及还有RE-
303,由Nippon Kayaku Co.,Ltd制造);环氧树脂(商品名:Epiclon 153,由Dainippon Ink&Chemicals,Inc.制造);环氧树脂(商品名:Epicoat1031,由Shell Chemical Company提供);具有表示的DCPD(二环戊二烯)骨架的环氧树脂(由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造);双酚A型环氧树脂(商品名:YD-134,由Tohto Kasei Co.,Ltd制造,每环氧当量的重量250);溴化双酚A型环氧树脂(商品名:YDB-400,由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造,每环氧当量的重量
400);溴化双酚A型环氧树脂(商品名:YDB-500,由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造,每环氧当量的重量500);双酚A型环氧树脂(商品名:YD-115,由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造,每环氧当量的重量190);甲线性酚醛型环氧树脂(商品名:YDCN-220,由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造);具有萘骨架的环氧树脂(商品名:ESN365,由Nippon Steel Chemical制造);溴化双酚A型环氧树脂(商品名:NC7300L,由Nippon Kayaku Co.,Ltd制造);溴化双酚A型环氧树脂(商品名:SM6200,由Arakawa Chemicals制造);甲酚线性酚醛型环氧树脂(商品名:YDCN-704,由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造,每环氧当量的重量220);环氧树脂(商品名:YDB400,由Tohto Kasei Co.,Ltd.制造);环氧树脂(商品名:EPON1031,由Shell Chemical Company制造);双酚A型环氧树脂及其溴化物(商品名:DER542,Dow Chemical);有机官能环氧树脂(商品名:Epicoat1032H,由Shell Chemical Company制造);4有机官能环氧化物化合物III(商品名:EXA4700,由Dainippon Ink制造);4有机官能环氧化物化合物II(商品名:
EPICLON430,由Dainippon Ink制造);4有机官能环氧化物化合物I(商品名:EPICORT1031S,由Shell Chemical Company制造);双酚A型环氧树脂(商品名:D.E.N485,由Dow Chemical Co.制造);1,6-双(2,3-缩水甘油氧基)萘(商品名:HP4032,由Dainippon Ink&Chemicals,Inc.制造,每环氧当量的重量272);环氧树脂3:式(a)树脂(商品名:VG3101,由Mitsui Petrochemical Industries,Ltd.制造,每环氧当量的重量209);双酚A型环氧树脂(商品名:Epicoat828,由Shell Chemical Company制造的产品,380重量/环氧当量分子量184-
194);4有机官能环氧树脂,四缩水甘油基醚二氨基二苯基甲烷(商品名:Epicoat604,由Shell Chemical Company制造的产品,470重量/环氧当量分子量230-270);二苯基型环氧树脂(商品名:EpicoatYX-4000H,由Shell Chemical Company制造的产品,每环氧当量的重量195);二苯基型环氧树脂(商品名:YX4000H,由Shell Chemical Company制造,每环氧当量的重量195);甲酚线性酚醛型环氧树脂(商品名:195XL,由Sumitomo Chemical Co.,Ltd制造,每环氧当量的重量195);耐火双酚A型环氧树脂(商品名:Electronic Broking Systems 400T,由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造,每环氧当量的重量400);用于二苯基型环氧树脂的甲酚线性酚醛型环氧树脂。
[0179] 辅助环氧树脂在室温下可以为固体。因此,在一些实施方式中,环氧树脂具有25℃至150℃的软化点。软化点可以根据ASTM E28-99(2004)“用环球仪测定从松脂制品中取得的树脂的软化点的标准试验方法(Standard Test Methods for Softening Pointof Resins Derived from Naval Stores by Ring-and-Ball Apparatus)”来测定。辅助环氧树脂在室温下可以为液体或者是软化的固体。因此,在一些实施方式中,辅助环氧树脂具有低于25℃的软化点。
[0180] 基于可固化组合物的总重量,可固化组合物可以包含的辅助环氧树脂的量为0至99wt%,具体地1至99wt%,更具体地10至90wt%,还更具体地40至85wt%,以及甚至更具体地50至80wt%。
[0181] 基于可固化组合物的总重量,可固化组合物可以包含1至99.9wt%的所公开的高热、高纯度环氧化物和0.1至50wt%的固化促进剂。在其它实施方式中,基于所述可固化组合物的总重量,可固化组合物包含1至99.9wt%所公开的高热高纯度环氧化物、0.1至50wt%的固化促进剂和1至99wt%的辅助环氧树脂。
[0182] 多种应用要求材料满足阻燃性的各种标准。为了实现所需的性质,阻燃剂可以包含在可固化组合物中。
[0183] 适合的阻燃剂包括具有下式的磷盐:
[0184]
[0185] 其中Md+是金属离子或鎓离子;d是1、2、3或4,其取决于M的性质及其氧化态;每次出现的R1和R2独立地为C1-C18烃基;并且每次出现的m和n独立地为0或1。如本文所述,术语“烃基”无论其独自使用还以作为另一术语的前缀、后缀或片段使用,是指仅含有碳和氢的残基。该残基可以是脂族或芳族、直链、环状、双环、支链、饱和的或不饱和的。它还可以包含脂族、芳族、直链、环状、双环、支链、饱和的及不饱和烃部分的组合。但是,当表述为烃基残基时,除了该取代基残基的碳和氢成员之外,还可含有杂原子。因此,当具体地注明含有这种杂原子时,烃基或亚烃基残基也可以含有羰基、氨基、羟基等,或者其可以在烃基残基的骨架中含有杂原子。在一些情况下,Md+是鎓离子。适合的鎓离子包括例如铵阳离子(NH4+)、单-(C1-C12)-烃基铵阳离子、二-(C1-C12)-烃基铵阳离子、三-(C1-C12)-烃基铵阳离子、四-(C1-C12)-烃基铵阳离子、鏻阳离子(PH4+)、单-(C1-C12)-烃基鏻阳离子、二-(C1-C12)-烃基鏻阳离子、三-(C1-C12)-烃基鏻阳离子、四-(C1-C12)-烃基鏻阳离子、锍(硫鎓,sulfonium)阳离子(SH3+)、单-(C1-C12)-烃基锍阳离子、二-(C1-C12)-烃基锍阳离子、三-(C1-C12)-烃基锍阳离子等,以及它们的组合。在一些其它情况下,Md+是金属离子。适合的金属离子包括,例如镁、钙、铝、锑、锡、锗、、锌、铁、锆、铈、铋、锶、锰、锂、钠、钾等离子,以及它们的组合。
[0186] 示例性的有机磷酸酯阻燃剂包括,但不限于包含苯基、取代苯基、或苯基与取代苯基的组合的磷酸酯、基于间苯二酚的双芳基磷酸酯,如,例如间苯二酚双-二苯基磷酸酯,以及基于双苯酚的那些,如,例如双酚A双-二苯基磷酸酯。
[0187] 在某些实施方式中,阻燃剂材料组合物包含金属二烷基次膦酸盐。如本文使用的术语“金属二烷基次膦酸盐”是指包含至少一个金属阳离子和至少一个二烷基次膦酸根阴离子的盐。金属二烷基次膦酸盐可以具有下式:
[0188]
[0189] 其中R1和R2各自独立地为C1-C6烷基;M是钙、镁、铝或锌;并且d为2或3。R1和R2的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戊基和苯基。在一些其它情况下,R1和R2为乙基,M是铝,并且d为3(即,所述金属二烷基次膦酸盐是三(二乙基次膦酸)铝)。
[0190] 在某些实施方式中,有机磷酸酯包括下式的磷酸二芳基酯:
[0191]
[0192] 其中R、R5和R6每次出现独立地为具有1至5个碳原子的烷基,并且R1-R4独立地为具有1至10个碳原子的烷基、芳基、芳基烷基或烷基芳基基团;n是等于1至25的整数;并且s1和s2独立地为等于0至2的整数。在一些实施方式中,OR1、OR2、OR3和OR4独立地衍生自苯酚、单烷基苯酚、二烷基苯酚或三烷基苯酚。众所周知的是,磷酸二芳基酯衍生自双酚。示例性的双酚包括2,2-双(4-羟苯基)丙烷(所谓的双酚A)、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷、双(4-羟苯基)甲烷、双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)甲烷和1,1-双(4-羟苯基)乙烷。在一个实例中,双酚包含双酚A。
[0193] 在某些实施方式中,组合物包含含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂包含含氮杂环碱和磷酸盐或焦磷酸盐或聚磷酸。在一些实施例中,含氮阻燃剂具有下式:
[0194]
[0195] 其中g是1至10,000,并且f与g的比为0.5:1至1.7:1,具体地0.7:1至1.3:1,更具体地0.9:1至1.1:1。该式包括其中一个或多个质子从多磷酸基团转移到三聚氰胺基团的种类。当g为1时,该含氮阻燃剂是磷酸三聚氰胺(CAS注册号20208-95-1)。当g为2时,含氮阻燃剂是焦磷酸三聚氰胺(CAS注册号15541 60-3)。当g平均大于2时,含氮阻燃剂是多磷酸三聚氰胺(CAS注册号56386-64-2)。在一些其它实例中,含氮阻燃剂是焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺或它们的混合物。当含氮阻燃剂是多磷酸三聚氰胺时,g具有大于2至10,000的平均值,具体地5至1,000,更具体地10至500。当含氮阻燃剂是多磷酸三聚氰胺时,g具有大于2至500的平均值。
[0196] 用于制备磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺和多磷酸三聚氰胺的方法在本领域中是公知的,并且它们均可商业购得。例如,多磷酸三聚氰胺可以通过使多磷酸(聚磷酸,polyphosphate)与三聚氰胺反应来制备,如,例如Kasowski et al.的美国专利No.6,025,419中所描述的,或者通过在氮气下,在290℃将焦磷酸三聚氰胺加热至恒重来制备,如Jacobson et al.的国际专利申请WO 98/08898 A1中所描述的。
[0197] 组合物可以包括选自三烃基膦、三烃基膦氧化物、,以及它们的组合的膦化合物。膦化合物可以是三烃基膦。
[0198] 三烃基膦可以具有式PR3R4R5,其中R3-R5各自独立地为C1-C12烃基,前提条件是该三烃基膦具有至少六个碳原子。在以下所讨论的三烃基膦和三烃基膦氧化物的背景下,烃基取代基可以包含,除了碳和氢之外的羟基取代基(例如,烃基取代基可以是4-羟苯基)或醚氧(例如,烃基取代基可以是4-苯氧基苯基)。适合的三烃基膦包括,例如三苯基膦、烯丙基二苯基膦、二烯丙基苯基膦、三烯丙基膦、双(1-萘基)(4-羟苯基)膦、双(4-羟苯基)(1-萘基)膦、三(4-羟苯基)膦、三(1-萘基)膦、三(2-萘基)膦、双(4-苯氧基苯基)(4-羟苯基)膦、双(4-羟苯基)(4-苯氧基苯基)膦、三(4-苯氧基苯基)膦、双(2,4,5-三甲基苯基)(4-羟苯基)膦、双(4-羟苯基)(2,4,5-三甲基苯基)膦、三(2,4,5-三甲基苯基)膦、双(叔丁基)(4-羟苯基)膦、双(4-羟基-苯基)(叔丁基)膦、三(叔丁基)膦等,以及它们的组合。
[0199] 膦化合物可以是三烃基膦氧化物。三烃基膦氧化物可以具有式O=PR3R4R5,其中R3-R5各自独立地为C1-C12烃基,前提条件是该三烃基膦氧化物具有至少六个碳原子。适合的三烃基膦氧化物包括,例如氧化三苯基膦、氧化烯丙基二苯基膦、氧化二烯丙基苯基膦、氧化三烯丙基膦、氧化双(1-萘基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟苯基)(1-萘基)膦、氧化三(4-羟苯基)膦、氧化三(1-萘基)膦、氧化三(2-萘基)膦、氧化双(4-苯氧基苯基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟苯基)(4-苯氧基苯基)膦、氧化三(4-苯氧基苯基)膦、氧化双(2,4,5-三甲基苯基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟苯基)(2,4,5-三甲基苯基)膦、氧化三(2,4,5-三甲基苯基)膦、氧化双(叔丁基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟基-苯基)(叔丁基)膦、氧化三(叔丁基)膦等,以及它们的组合。
[0200] 基100重量份总的磷盐和膦化合物,组合物可以包含5至95重量份的磷盐。在这一范围内,磷盐的量可以为至少10重量份,或至少20重量份。还处于该范围内,磷盐的量可以高达90wt%,或者高达80wt%。
[0201] 在某些实施方式中,组合物可以包含金属氢氧化物。适合的金属氢氧化物包括所有能够提供阻燃性的那些以及它们的组合。金属氢氧化物可以经选择以便在耐火添加剂组合物和/或阻燃热塑性组合物的加工期间基本上不分解。基本上不分解在本文中被定义为分解量不会阻止阻燃剂添加剂组合物提供所需水平的阻燃性。示例性的金属氢氧化物包括,但不限于氢氧化镁(例如,CAS No.1309-42-8)、氢氧化铝(例如,CAS No.21645-51-2)、氢氧化钴(例如,CAS No.21041-93-0),以及前述的两种或更多种的组合。在一些情况下,金属氢氧化物具有小于或等于10微米的平均粒度和/或大于或等于90wt%的纯度。在一些实例中,希望金属氢氧化物基本上不含水,即在120℃下干燥1小时后的失重量低于1wt%。在一些实例中,金属氧化物可以,例如使用硬脂酸或其他脂肪酸进行涂覆。
[0202] 示例性的阻燃剂材料包含三(二乙基次膦酸)铝自身,或者三(二乙基次膦酸)铝与膦氧化物结合,该膦氧化物选自氧化三苯基膦、氧化烯丙基二苯基膦,以及它们的组合。适合的三烃基膦氧化物包括,例如氧化三苯基膦、氧化烯丙基二苯基膦、氧化二烯丙基苯基膦、氧化三烯丙基膦、氧化双(1-萘基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟苯基)(1-萘基)膦、氧化三(4-羟苯基)膦、氧化三(1-萘基)膦、氧化三(2-萘基)膦、氧化双(4-苯氧基苯基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟苯基)(4-苯氧基苯基)膦、氧化三(4-苯氧基苯基)膦、氧化双(2,4,5-三甲基苯基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟苯基)(2,4,5-三甲基苯基)膦、氧化三(2,4,5-三甲基苯基)膦、氧化双(叔丁基)(4-羟苯基)膦、氧化双(4-羟基-苯基)(叔丁基)膦、氧化三(叔丁基)膦、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、9,10-二氢-9-氧杂-10-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基甲基)-10-磷杂菲-10-氧化等,以及它们的组合。
[0203] 适合的绿色FR组分为各种类型,其包括Al(OH)3、Mg(OH)2、含磷和氮的化合物以及磷基菲-10-氧化物。具体实例是分子中不含卤素原子的磷化合物,即9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10氧化物、9,10-二氢-9-氧杂-10-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基甲基)-10-磷杂菲-10-氧化物等。FR也可以是氮化硼(对于具有橡胶的环氧化物)、含磷的聚酯多元醇、缩合型磷酸酯化合物、氨基磺酸胍、磷酸胍和磷酸脒基脲、磷腈基化合物和氧化三(2-羟苯基)-膦。商业磷酸酯和膦腈化合物也可作为添加型磷化合物。可以使用磷酸酯,其可以选自芳香族缩合磷酸酯、三苯基磷酸酯、甲苯基和二-2,6-二甲苯基磷酸酯。在作为芳香族缩合磷酸酯的磷酸酯中,可以使用1,3-亚苯基-双(双二甲苯磷酸酯)、1,3-亚苯基-双(二苯基磷酸酯)等。作为磷腈化合物,可以使用苯氧基磷腈低聚物、苯氧基甲苯氧基磷腈低聚物、甲氧基苯氧基磷腈低聚物等。在上述的磷化合物中,就溶剂的溶解性和耐水解性而言,优选苯氧基磷腈低聚物和甲氧基苯氧基磷腈低聚物。
[0204] 在某些实施方式中,组合物包含选自由以下项组成的组中的阻燃剂:有机磷酸酯、金属二烷基次膦酸盐、含氮阻燃剂、金属氢氧化物,以及它们的混合物。除了阻燃剂在电子材料应用过程中采用的温度下是适当稳定的之外,对于阻燃剂的类型没有特别的限制。示例性的阻燃剂包括三聚氰胺(CAS No.108-78-1)、三聚氰胺氰脲酸酯(CAS No.37640-57-6)、磷酸三聚氰胺(CAS No.20208-95-1)、焦磷酸三聚氰胺(CAS No.15541-60-3)、多磷酸三聚氰胺(CAS#218768-84-4)、蜜白胺、蜜勒胺、氰尿酰胺、硼酸锌(CAS No.1332-07-6)、磷酸硼、红磷(CAS No.7723-14-0)、有机磷酸酯、磷酸二氢铵(CAS No.7722-76-1)、磷酸氢二铵(CAS No.7783-28-0)、烷基膦酸酯(CAS No.78-38-6和78-40-0)、金属二烷基次膦酸盐、多磷酸铵(CAS No.68333-79-9)、低熔点玻璃,以及两种或更多种上述阻燃剂的组合。在一些实例中,有机磷酸酯选自三(烷基苯基)磷酸酯(例如,CAS No.89492-23-9或CAS No.78-33-
1)、间苯二酚双-二苯基磷酸酯(例如,CAS No.57583-54-7)、双酚A双二苯基磷酸酯(例如,CAS No.181028-79-5)、三苯基磷酸酯(例如,CAS No.115-86-6)、三(异丙基苯基)磷酸酯(例如,CAS No.68937-41-7),以及两种或更多种上述有机磷酸酯的混合物。
[0205] 一些其它阻燃剂包括十溴二苯基乙烷、二溴二苯基醚(AFR1021,由Asahi Glass Co.,Ltd.,Japan制造和销售);溴化环氧化物化合物,非反应性有机溴化化合物,例如:Saytex 8010、SR-245和五溴-二苯基醚、三苯基膦、Sb2O3(PATOX-M,由NIHON SEIKO CO.,LTD.,Japan制造和销售)作为辅助FR。作为磷化合物,由Chemiprokasei Kaisha Ltd制造的“KD-302S”,为苯氧基甲苯氧基磷腈,和由Daihachi Chemicals Industry Ltd.制造的产品“PX-200”,为芳族磷酸酯。另外,作为Mg(OH)2(氢氧化镁),使用具有0.9微米的平均粒径的产品。由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造的"CL303",其为氢氧化铝(平均粒径为3微米)。
[0206] 可固化组合物可以包括无机填料。适合的无机填料包括,例如氧化铝、氧化硅(包括熔融氧化硅和结晶氧化硅)、氮化硼(包括球形氮化硼)、氮化铝、氮化硅、氧化镁、硅酸镁、玻璃纤维、玻璃毡(glass mat),以及它们的组合。适合的玻璃纤维包括基于E、A、C、ECR、R、S、D和NE玻璃的那些以及石英。玻璃纤维可以具有2至30微米的直径,具体地5至25微米,更具体地5至15微米。玻璃纤维在复合之前的长度可以为2至7毫米,具体地1.5至5毫米。替代地,可以使用更长的玻璃纤维或连续玻璃纤维。可选地,玻璃纤维可以包括粘合促进剂以改善其与聚(亚芳基醚)、辅助环氧树脂或两者的相容性。粘合促进剂包括铬复合物、硅烷、钛酸盐、铝酸锆、亚丙基马来酸酐共聚物、反应性纤维素酯等。适合的玻璃纤维可商购自包括,例如Owens Corning、Nippon Electric Glass、PPG和Johns Manville的供应商。
[0207] 适合的填料包括熔融氧化硅粉末、煅制氧化硅、球形氧化硅、硫脲、Al2O3、滑石、高岭土、粘土(硅酸铝)、三氧化锑、玻璃纤维(切碎、碾磨和布)、玻璃泡、中空玻璃微球、芳纶纤维和石英。优选的是,无机填料是选自由以下组成的组中的至少一种:SiO2、Al2O3、MgO、SiO2、BN、AlN和Si3N4。使用这种配置,可以获得适合的热膨胀系数半导体封装所需的热导率。当采用Al2O3、BN和AlN时,可以获得具有高导热性的模。当采用MgO时,可以获得良好的热导率,并且可以提高热膨胀系数。当采用SiO2(特别是无定形SiO2)时,可以获得具有小热膨胀系数和小介电常数的轻质模块(light module)。无机粉末二氧化钛系列陶瓷、钛酸钡系列陶瓷、钛酸铅系列陶瓷、钛酸锶系陶瓷、钛酸钙系列陶瓷,表征为钛酸铋系陶瓷、钛酸镁系陶瓷以及选自于由锆酸铅系陶瓷组成的组中的至少一种陶瓷。
[0208] 示例性的填料包括无机绝缘填料(商品名:烘干滑石,平均粒径0.4μm,由Nippon Talc K.K.提供);Al2O3 90wt%(由Showa Denko K.K.提供,'AS-40',球形12μm);氢氧化铝(Sumitomo Chemical无机填料)、玻璃气球(Toshiba Ballotini"HSC-110")、氢氧化镁(由Kyowa Chemical Industry制造);由ADOMA纺织公司的商品名"ADOMA fine SO-25R"使用的氧化硅粉末物品(平均粒径为0.6微米);由ADOMA纺织公司的商品名"ADOMA fine SO-25R"使用的氧化硅粉末物品(平均粒径为0.6微米);二氧化钛,Fuji Titanium Industry Co.,Ltd.使用的产品编号TR-840;二氧化钛,平均粒径为0.3微米[Fuji Titanium Industry Co.,Ltd.制造且商品名为TR-840]。
[0209] 当利用无机填料时,基于100重量份的总的所公开的高热高纯度环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂,可固化组合物可以包含2至900重量份的无机填料。在一些实施方式中,基于100重量份总的高热高纯度环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂,可固化组合物包含100至900重量份无机填料,具体地200至800重量份的无机填料,并且更具体地300至700重量份的无机填料。在一些实施方式中,基于100重量份总的所公开的环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂,可固化组合物包含低于50重量份无机填料或低于30重量份的无机填料或低于10重量份的无机填料。在一些实施方式中,可固化组合物可以基本上不含无机填料(即,基于100重量份所公开的环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂,组合物可以包含低于0.1wt%添加的无机填料)。
[0210] 可固化组合物可以包括无机填料和纤维处理剂。示例性的处理剂包括:γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷[通过使用2.13份(0.46重量%)的γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷处理360.50份(78.08重量%)的熔融氧化硅粉末而获得的粉末]和γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
[0211] 偶联剂:0.3wt%(由AJINOMOTO CO.,INC.生产,钛酸盐基偶联剂'46B');作为用于表面处理的硅烷偶联剂,可以提及γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨丙基三甲氧基硅烷等。这些可以单独使用或在组合使用。
[0212] 对于在进行表面处理时使用的硅烷偶联剂的量没有特别的限制,相对于100重量分的原材料滑石,优选其为0.5至5.0重量份,还更优选0.3至10重量份。当使用的硅烷偶联剂的量太多时,在施加压力层压后,存在环氧树脂组合物的耐热性降低的可能性。另一方面,当使用的硅烷偶联剂的量太少时,存在施加压力压层时环氧树脂组合物产生树脂条纹的可能性。
[0213] 可固化组合物可以包括橡胶。示例性的橡胶包括羧基-封端的丁二烯丙烯腈液体聚合物(CTBN)、苯酚-封端的丁二烯丙烯腈液体聚合物(PTBN)、仲胺-封端的丁二烯丙烯腈液体聚合物(ATBN)、羟基-封端的丁二烯丙烯腈液体聚合物(HTBN)、羧基-封端的丁二烯液体聚合物(CTB)以及以下KRATON型聚合物,即嵌段共聚物、SBS橡胶(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEP橡胶(苯乙烯-乙烯/丙烯嵌段共聚物)、SEBS橡胶(苯乙烯乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)和液体聚烯烃。还可以使用丁二烯丙烯腈共聚橡胶(Japan Synthetic Rubber Co.,Ltd.的"N220":41重量%量的组合丙烯腈);聚乙烯醇缩乙醛树脂(DENKI KAGAKU KOGYO K.K.的"6000AS":91%量的缩醛化);弹性体SBS[Asahi Chemical Co.,Ltd.制造且商品名为tough PUREN A]或NBR[Ube Industries,Ltd.制造且商品名为CTBN;苯乙烯丁二烯共聚物(SBS)[Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.制造且商品名为ASAPUREN]。
[0214] 可固化组合物可以包括溶剂。适合的溶剂可以包括,例如C3-C8酮、C4-C8N,N-二烷基酰胺、C4-C16二烷基醚、C6-C12芳族烃、C1-C3氯化烃、C3-C6烷基链烷酸酯、C2-C6烷基氰化物,或它们的混合物。碳数范围是指溶剂分子中的碳原子的总数。例如,C4-C16二烷基醚具有4至16个总碳原子,并且两个烷基可以相同或不同。作为另一实例,“C2-C6烷基氰化物”中的2至6个碳包括氰化物基团中的碳原子。具体的酮溶剂包括例如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮,以及它们的混合物。具体的C4-C8N,N-二烷基酰胺溶剂包括,例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(化学文摘社(Chemical Abstracts Service)登记号No.872-50-4)等,以及它们的混合物。具体的二烷基醚溶剂包括,例如四氢呋喃、乙二醇单甲基醚、二恶烷等,以及它们的混合物。在一些实施方式中,C4-C16二烷基醚包括环醚,如四氢呋喃和二恶烷。在一些实施方式中,C4-C16二烷基醚是单环的。二烷基醚可以可选地还包括烷基中的一个或多个醚氧原子以及烷基基团上的一个或多个羟基取代基。芳族烃溶剂可以包含或不包含烯属不饱和溶剂。具体的芳族烃溶剂包括,例如苯、甲苯、二甲苯等,以及它们的混合物。芳族烃溶剂优选是未被卤化的。即,其不包括任何氟、氯、溴或碘原子。具体的C3-C6烷基链烷酸酯包括,例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等,以及它们的混合物。具体的C2-C6烷基氰化物包括,例如乙腈、丙腈、丁腈,以及它们的混合物。在一些实例中,溶剂是丙酮。在某些实施方式中,溶剂是甲基乙基酮。在某些实施方式中,溶剂是甲基异丁基酮。在某些实施方式中,溶剂是N-甲基-2-吡咯烷酮。在某些实施方式中,溶剂是乙二醇单甲基醚。实例包括例如甲基乙基酮(MEK)、甲苯、MEK和DMF。
[0215] 在采用溶剂时,基于100重量份总的所公开的高热高纯度环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂,可固化组合物可以包含2至100重量份的溶剂。具体地,基于100重量份总的所公开的环氧化物、固化促进剂和辅助环氧树脂,溶剂的量可以为5至80重量份,更具体地10至60重量份,和甚至更具体地20至40重量份。溶剂可以部分地选择以调整可固化组合物的粘度。因此,溶剂的量可依赖于这样的变量,该变量包括所公开的环氧化物的类型和量、固化促进剂的类型和量、辅助环氧树脂的类型和量、以及使用可固化组合物浸渍强化结构所使用加工温度等。
[0216] 可固化组合物可以包括一种或多种另外的添加剂。适合的另外的添加剂包括,例如染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、防粘剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基底粘附剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,以及它们的组合。示例性的另外的添加剂包括,例如四氟乙烯树脂、天然巴西棕榈;6,6'-(磺酰基)双(3,4-二氢-3-苯基-2H-1,3-苯并恶嗪);和多面体低聚物倍半硅氧烷(POSS)基组分等。
[0217] 可以使可固化组合物经受各种处理以固化该组合物(例如,使所公开的环氧树脂和/或辅助环氧树脂与固化促进剂,如多胺进行初始反应)。可以固化组合物的方法没有特别限制。例如,可以通过热或通过使用辐射技术(包括UV辐射和电子束辐射)来固化组合物。当使用热固化时,所选择的温度可以为80℃至300℃,且优选120℃至240℃。加热周期可以为1分钟至10小时,但是此种加热周期可以有利地为1分钟至6小时,更优选3小时至5小时。
这种固化可以分阶段进行以产生部分固化且通常无粘性的树脂,然后通过在上述范围内的温度下加热更长的时间。
[0218] 所公开的环氧化物、可固化组合物和固化组合物可以用于各种应用和制品中,包括任何目前使用常规环氧化物的应用。示例性的用途和应用包括涂层,如保护涂层、密封剂、耐候性涂层、耐刮擦涂层和电绝缘涂层;胶粘剂;粘合剂;胶水;复合材料,如使用碳纤维和玻璃纤维增强的那些。当用作涂层时,公开的化合物和组合物可以沉积在各种底层基材的表面上。例如,组合物可沉积在金属、塑料、玻璃、纤维胶料、陶瓷、石材、木材或者它们的任何组合的表面上。公开的组合物可用作金属容器表面上的涂层,例如通常用于涂料和表面覆盖工业中的包装和容纳的那些。在一些情况下,涂覆的金属是铝或
[0219] 使用所公开的可固化组合物可以制备的制品包括,例如电气部件和计算机部件。可以使用所公开的可固化组合物制备的制品包括,例如机动车、飞机和船舶外部和内部部件。在某些实施方式中,所公开的可固化组合物被用于生产用于航空航天工业的复合材料。
[0220] 在某些实施方式中,制品包含通过固化固化性组合物获得的固化组合物,该可固化组合物包含所公开的环氧化物、固化促进剂、可选的辅助环氧树脂,以及可选的一种或多种另外的添加剂。可固化组合物可用于形成用于印刷电路板的复合材料。形成用于印刷电路板的复合材料的方法在本领域中是众所周知的并且描述于,例如Weber的美国专利No.5,622,588、Prinz的美国专利No.5,582,872和Braidwood的美国专利No.7,655,278中。
[0221] 可固化组合物的其它应用包括,例如酸浴容器;中和槽;飞机组件;桥梁桥面系(bridge decking);电解池;排气管;洗涤器;运动器材;楼梯箱;走道;机动车外板如发动机罩和行李箱盖;地板;空气通口;管道和导管,包括加热器管道;工业风扇、风扇外壳和鼓风机;工业混合器;船体和甲板;海运码头护舷;瓷砖和涂层;建筑板;商用机器壳体;托盘,包括电缆托架;混凝土改性剂;洗碗机冰箱部件;电气密封剂;电气面板(electrical panel);槽,包括电解精炼槽、软水器槽、燃料罐和各种纤丝缠绕槽和槽衬;家具;车库;格栅;保护体齿轮;行李;户外机动车;压力槽;印刷电路板;光波导;天线罩;栏杆;如槽车的铁路部件;漏斗车盖;轿车门;车厢底衬(truck bed liner);圆盘式卫星电视天线;标志;太阳能板;电话互换机外壳;拖拉机部件;变压器盖;卡车部件如挡泥板、机罩、车身驾驶室和床;用于旋转的机器的绝缘材料包括接地绝缘、绝缘和相分离绝缘;换向器;芯子绝缘材料和线和束紧带;联轴器;螺旋桨叶片;导弹部件;火箭发动机器壳体;翼部;抽油杆;机身部分;机翼蒙皮和翼梢;发动机舱;货舱门;网球拍高尔夫球杆;钓鱼杆;滑板和滑雪杖;自行车部件;横向板簧;泵,例如机动车烟雾泵;电气部件,嵌入物(embedding)和工具,例如电缆接头;绕线和密集封装的多元件组件;机电装置的密封;电池壳;电阻器;熔断器和热切断装置;印刷线路板的涂层;铸造件如电容器、变压器、曲轴箱加热器;小型模制电子部件包括线圈、电容器、电阻器和半导体;作为化学加工、纸浆和造纸、发电和废水处理中的钢的替代品;洗涤塔;用于结构应用的拉挤成型部件,包括结构构件、格栅和安全轨道;游泳池、游泳池滑梯、热水浴缸和桑拿浴室;用于罩下应用的驱动轴;用于复印机的干碳粉树脂(dry toner resin);船舶工具(marine tooling)和复合材料;隔热板;潜艇船体;原型产生;实验模型的开发;层压装饰;钻孔夹具;粘结夹具;检查夹具;工业金属成型模具;飞机拉伸块和锤形;真空模制工具;地板,包括用于生产和装配区域、洁净室、机器商店、控制室、实验室、停车库、冷冻箱、冷却器和室外装卸码头的地板;用于抗静电应用的导电组合物;用于装饰性地板;用于桥梁的膨胀接头;可注射砂浆,用于修补和修复结构混凝土中的裂缝;用于砖的灌浆;机械轨道;金属销钉;螺栓和支柱;油和燃料储存槽的修理,以及多种其它应用。
[0222] 形成复合材料的方法可以包括使用可固化组合物浸渍增强结构;部分地固化可固化组合物以形成预浸料;以及层压多个预浸料;其中可固化组合物包含所公开的环氧化物、固化促进剂、可选的辅助环氧树脂和可选的一种或多种另外的添加剂。
[0223] 适合用于形成预浸料的增强结构在本领域中是公知的。适合的增强结构包括增强织物。增强织物包括具有复合物架构的那些,包括二维或三维编织、针织、机织和长丝缠绕的那些。可固化组合物能够渗透此种复合物增强结构。增强结构可以包括已知用于增强塑料材料的材料的纤维,例如碳、玻璃、金属和芳族聚酰胺的纤维。适合的增强结构描述于以下,例如,作者不详(Hexcel Corporation)“,Prepreg Technology”,2005年3月,公开号FGU 017b;作者不详(Hexcel Corporation)“, Advanced Fibre Reinforced Matrix Products for Direct Processes”,2005年6月,公开号ITA 272;和Bob Griffiths,“Farnborough Airshow Report 2006”,CompositesWorld.com,2006年9月。根据复合材料的预定用途,使用在生产纤维增强树脂复合材料领域中技术人员众所周知的标准来选择增强结构的重量和厚度。增强的结构可以含有各种适合于环氧基质的终饰表面(修整物,finishes)。
[0224] 形成复合材料的方法包括,在使用可固化组合物浸渍增强结构之后,部分地固化可固化组合物。部分固化是足以减少或消除可固化组合物的湿度和粘性但并没有大到完全固化组合物的固化。预浸料中的树脂通常处于部分固化状态,并且热固性领域(特别是增强复合材料领域)的技术人员理解部分固化的概念以及如何确定部分固化树脂的条件而无需过多的实验。本文提及的“固化组合物”的性质是指基本上完全固化的组合物。例如,由预浸料形成的层压材料中的树脂通常是基本上完全固化的。热固性技术领域的技术人员可以确定样品是部分固化还是基本上完全固化而无需过度的实验。例如,可以通过差示扫描量热法分析样品以寻找表示为分析期间发生的另外固化的放热。部分固化的样品会表现放热。基本上完全固化的样品将表现很少的放热或不表现放热。部分固化可以通过将可固化组合物浸渍的增强结构在133-140℃的温度下经历4至10分钟来实现。
[0225] 形成复合材料的商业规模方法是本领域已知的,并且本文的可固化组合物可容易地适应现有的方法和设备。例如,预浸料通常在处理器上生产。处理器的主要部件包括进料辊、树脂浸渍槽、处理器炉和接收辊。增强结构(例如,E-玻璃)通常被卷成大的线轴。然后将线轴放置在进给辊上(feeder roller),该给进辊缓慢推出增强结构。然后将增强结构移动通过包含可固化组合物的树脂浸渍槽。将清漆浸渍增强结构。在从槽出来之后,涂覆的增强结构向上移动通过垂直处理器炉并蒸发掉清漆的溶剂,该处理器炉通常处在175至200℃的温度。此时树脂开始聚合。当复合材料从塔中出来时,其被充分固化,使得网不是湿的或发粘的。然而,固化过程在即将完成之前停止,使得当制备层压体时可以发生另外的固化。然后,网(web)将预浸料卷到接收辊上。
[0226] 虽然上述固化方法依赖于热固化,但是也可以用包括紫外光和电子束的辐射进行固化。也可以使用热固化和辐射固化的组合。
[0227] 在某些实施方式中,通过包括以下步骤的方法形成复合材料:使用可固化组合物浸渍增强结构;部分地固化可固化组合物以形成预浸料;以及层压多个预浸料;其中可固化组合物包含所公开的环氧化物、固化促进剂、可选的辅助环氧树脂,以及可选的一种或多种另外的添加剂。
[0228] 在某些实施方式中,印刷电路板包含通过具有以下步骤的方法形成的复合材料:使用可固化组合物浸渍增强结构;部分地固化可固化组合物以形成预浸料;以及层压多个预浸料;其中可固化组合物包含所公开的环氧化物、固化促进剂、可选的辅助环氧树脂和可选的一种或多种另外的添加剂。
[0229] 用于制备制品和材料的方法包括本领域通常已知的用于加工热固性树脂的那些。此类方法在文献中已经描述,例如Engineered Materials Handbook,第1卷,Composites,ASM International Metals Park,Ohio,版权1987Cyril A.Dostal Senior Ed,第105-168和497-533页以及Bjorksten Research Laboratories的“Polyesters and Their 
Applications”,Johan Bjorksten(pres.)Henry Tovey(Ch.Lit.Ass.),Betty Harker(Ad.Ass.),James Henning(Ad.Ass.),Reinhold Publishing Corporation,New York,
1956。加工技术包括数值转印模制;片材模制;块体模制(团状模制,bulk molding);拉挤成型;注射模制,包括反应注射模制(RIM);大气压模制(APM);浇铸,包括离心和静态浇铸开模浇铸;层压,包括湿或干积层(lay up)和喷射积层(spray lay up);还包括的是接触模制,包括圆柱形接触模制;压塑模制;包括真空辅助数值转印模制和化学辅助数值转印模制;匹配工具模制;高压釜固化;在空气中热固化;真空袋装;拉挤;Seeman的复合树脂灌注制造加工(SCRIMP);开模模制,树脂和玻璃的连续组合;以及单丝缠绕,包括圆柱形单丝缠绕。在某些实施方式中,可以由公开的可固化组合物通过数值转印模制方法制造制品。
[0230] 实施例
[0231] 可以在TA仪器2920M-DS上测量玻璃化转变温度(Tg)。热扫描可以在氮气氛下以20℃/min的加热速率在30至250℃的范围内进行。
[0232] 扫描电子显微镜检测(SEM)用的样品可以切成一定尺寸,将样品显微切片以获得用于分析的新鲜、平坦的表面,并在23℃下在甲苯中蚀刻15秒。然后可以用金涂覆样品。使用Carl Zeiss 40系列扫描电子显微镜检查样品。条件可以是SEM模式、40皮安的探针电流、HV(高真空)和20千伏的加速电压
[0233] 介电常数和损耗因子可以根据IPC-TM-650 2.5.5.9在23℃下测量。测试样品可以是具有5厘米乘5厘米乘3.5毫米尺寸的矩形棱柱的形状。在测试之前,样品可以在23℃和50%相对湿度下适应至少24小时。测量单元可以是型号为4291B的Hewlett-Packard阻抗材料分析仪,其具有宽度为27.5厘米,高度为9.5厘米且深度为20.5厘米。电极可以是Hewlett-Packard Model 16453A,并且具有7毫米的直径。可以使用电容方法进行测量,当向电介质材料施加DC电压时扫描一系列频率。所施加的电压可以是0.2毫伏至1伏,并且在1兆赫至1千兆赫的频率范围内。可以记录在100兆赫、500兆赫和1000兆赫(1千兆赫)的频率下,介电常数(Dk,相对介电常数)和损耗角正切(Df,损耗因子)的值。
[0234] 单位为焦耳/米(J/m)的无缺口悬臂梁冲击强度可以根据ASTM D 4812-2006“, 塑料的无缺口悬臂梁冲击强度的标准测试方法(Standard Test Method for Unnotched Cantilever Beam Impact Strength of Plastics)”在23℃使用为2英尺-磅的锤能量来测量。报告的值可以反映每种组合物5个样品的平均值。
[0235] 根据ASTM E28-1999进行软化点测定。
[0236] 使用Agilent 600MHz测量仪进行1H-NMR谱测量。使用CDCl3作为溶剂。
[0237] HPLC:通过HPLC测定双酚缩水甘油基醚、杂质和其它有关化合物的面积百分比纯度来评估反应样品和产物的纯度。在图谱的每个峰中进行积分并且将纯度报告为面积%纯度。使用一式三份制备的样品以及三次注射进样重复每个分析。所用的HPLC方法概述于表2中。
[0238] 表2.HPLC方法
[0239]
[0240] 顶空气相色谱:采用该方法估计残留在反应样品中的残留表氯醇。PPPBP缩水甘油基醚中的残留表氯醇的定量通过将样品溶解在二甲基亚砜中,并随后使用顶空气相色谱来进行。该方法在样品基质中具有高达5ppm的检测能力。在创建表氯醇的校准曲线之后,可以通过使用以下等式计算样品中表氯醇的浓度:ECH(ppm)=(从校准曲线获得的样品浓度ppm(mcg/ml)X稀释度(5ml))/样品重量(g)。所用的GC方法概述于表3中。
[0241] 表3.
[0242]
[0243] 实施例1.1,1-双(4-环氧苯基)-N-苯基苯并吡咯酮的合成
[0244]
[0245] 向PPPBP(100克,254mmol)在225ml表氯醇(1.182g/ml,266克,2874mmol,11.3当量)中的混合物中,缓慢加入氢氧化钾(13.1克,40.6mmol,0.16当量)。在室温下将得到的混合物搅拌过夜。通过使用水和乙酸乙酯处理逐渐建立反应。使用乙酸乙酯重复萃取含水层(aqueous layer)。用盐水洗涤合并的有机层,并且使用无水Na2SO4干燥。总共有164克粗产物,为透明油状物(理论产量为128克)。残余物通过硅胶色谱纯化。使用9:1CH2Cl2/Et2O(二氯甲烷/二乙基醚)洗脱产物。用HPLC检查级分。有12个级分。合并级分109,并真空干燥。产量为108克(84%分离产率)。通过HPLC分析的纯度为99%(面积百分比),并且通过Karl 1
Fisher滴定的水含量为0.22%。H NMR分析(400MHz)显示了正确的结构(图1)。没有任何来自低聚的仲醇基团的迹像(约4.4ppm)。31P NMR没有表现出可检测水平的酚基团,表明PPPBP完全反应(图2)。DSC示出了在45℃左右的转变。在800℃下的热重分析显示出0.17wt%的残留物(非常少的无机残留物)。
[0246] 环氧当量重量(EEW)是含有一摩尔环氧基团的树脂的重量,单位为克。其也是树脂的分子量除以一个树脂分子中的环氧基团的数目。图2表现了纯度为95%至100%的产物环氧化物的环氧当量重量。如实施例1所示的产物环氧化物是表氯醇和PPPBP的2:1反应产物。一种杂质可以是3:2低聚物,其为表氯醇和PPPBP的3:2反应产物。表4示出了随着实施例1产物环氧化物纯度提高,EEW达到252.5g/mol。
[0247] 表4.环氧当量重量
[0248]纯度 环氧当量重量
wt% 克/当量
100 252.5
99 254.7
98 257.0
97 259.2
96 261.5
95 263.7
[0249] 表5和图3示出了实施例1的产物的熔融/软化点随环氧当量重量的变化。实施例1的产物在室温下为固体。纯度为99%时,材料在45℃左右软化。随着低聚物杂质的量增加,熔融/软化点也升高。
[0250] 表5.相对于EEW的软化点
[0251]条目号 2:1加合物 3:2加合物 EEW,克/当量 软化点,℃
1 1 0 252.5  
2 0.99 0.01 254.745 45
3 0.98 0.02 256.99 47.65
4 0.97 0.03 259.235 50.3
5 0.96 0.04 261.48 52.95
6 0.95 0.05 263.725 55.6
7 0.94 0.06 265.97 58.25
8 0.93 0.07 268.215 60.9
9 0.92 0.08 270.46 63.55
10 0.91 0.09 272.705 66.2
11 0.9 0.1 274.95 68.85
12 0.89 0.11 277.195 71.5
13 0.88 0.12 279.44 74.15
14 0.87 0.13 281.685 76.8
15 0.86 0.14 283.93 79.45
16 0.85 0.15 286.175 82.1
17 0.84 0.16 288.42 84.75
18 0.83 0.17 290.665 87.4
19 0.82 0.18 292.91 90.05
20 0.81 0.19 295.155 92.7
21 0.8 0.2 297.4 95.35
[0252] 计算了条目3-21的软化点。
[0253] 对于一些模制操作,较低的软化点好于高软化点(例如,45℃可能好于95℃)。温度越高,固化越快。在,例如数值转印模制的操作期间,优选良好的流动。但是,随着树脂固化,粘度增加,这会阻碍流动。用于制备复合材料的数值转印模制涉及在模中具有预成型玻璃或碳纤维垫或3-二维玻璃或碳纤维结构。将树脂以不使得纤维基材料移动的速率转移到模具中。如果树脂在树脂转移期间固化太多,则较高粘度的树脂可以移动纤维材料。所公开的树脂通过较低的软化点以及其它所公开的有利性质,与已知的树脂(如WO 2013/183735中公开的那些树脂,其中公开了具有更高EEW、更高低聚物含量和更高软化温度的树脂)相比,能够提供更优异的可模制性。
[0254] 实施例2.1,1-双(4-环氧苯基)-N-苯基苯并吡咯酮在固化铸件中的评价
[0255] 通过制造和评价固化的环氧铸件,对1,1-双(4-环氧苯基)-N-苯基苯并吡咯酮与BPA环氧树脂(Epon 828;双酚A的二缩水甘油醚)和TGDDM(N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷)进行比较。在加热下将固化剂溶解在环氧树脂中。将混合物置于100℃的烘箱中。30分钟后,温度升至150℃。30分钟后,温度升至200℃。当达到200℃时,关闭烘箱并使其过夜冷却。通过差示扫描量热法进行分析样品。结果示于表6中。显然,1,1-双(4-环苯基)-N-苯基苯并吡咯酮相对于BPA环氧树脂(Epon 828)给出更大的Tg,并且相比于四官能TGDDM环氧树脂给出了类似的Tg。
[0256] 表6.固化环氧树脂的差示扫描量热法分析
[0257]
[0258] 实施例3.用于双酚类二缩水甘油醚形成的改进的方法
[0259] 双酚与表氯醇的反应通过图4中所示的机制进行。双酚与表氯醇在碱存在下反应形成氯代醇。氯代醇中间体经历碱催化的环闭合以形成双酚的环氧醚。然而,反应混合物中碱的存在不仅导致氯代醇转化为所需的二缩水甘油醚,而且还促进不需要的低聚副产物,如图5所示。
[0260] 为了使低聚物形成的程度最小化,修改反应条件以提高所需缩水甘油醚的产率。以下实验描述了温度、反应时间、溶剂和其它反应变量对所需产物纯度的影响。表7提供了在合成研究中使用的化合物的列表。所采用的合成方法包括,在碱(KOH或NaOH)和相转移催化剂(四丁基溴化铵(TBAB))的存在下,使双酚(表7所列)与表氯醇反应。
[0261] 表7
[0262]
[0263] PPPBP的二缩水甘油醚的合成
[0264] 反应1:将PPPBP(1g;0.00254mol)和表氯醇(ECH)(2.44g;0.02874mol)加入到四颈RB烧瓶中并且用磁力搅拌器搅拌(500RPM)。缓慢地加入KOH颗粒(0.57g或0.01mol),随后加入TBAB(0.131g;0.00041mol)。将反应物质在室温下连接搅拌20小时。用水和乙酸乙酯萃取初始不溶物。继续洗涤直至得到中性含水层。弃去含水层,分离乙酸乙酯级分。用Na2SO4干燥有机层,过滤并且蒸发以提供粗制产物。通过LCMS表征粗制产物,其表现为在产物混合物中仅有未反应的单体和氯代醇中间体。该结果可能是反应混合物粘稠性质导致的,这使得搅拌困难。
[0265] 反应2:将PPPBP(3.93g)、TBAB(1.6g)和表氯醇(18.5g)加入到四颈RB烧瓶中并用磁力搅拌器搅拌。在室温下将反应物质连续搅拌(500RPM)1小时,然后将温度提高到70℃保持4小时。然后使反应混合物冷却到室温,并且连续搅拌过夜。将粘性产物进行真空蒸馏,并除去过量的表氯醇(70-100℃)。使用EtOAc处理获得的固体并且使用水洗涤。将EtOAc萃取物在Na2SO4上干燥,过滤并且蒸发以提供粗制产物。通过LCMS表征获得的产物,其未示出未反应的单体,而是示出显著量的氯代醇中间体与少量的所需二缩水甘油醚。这一结果表明,在未添加碱的情况下,反应不能完成。
[0266] 反应3:将PPPBP(7.869g)、TBAB(0.128g)和DCM(40mL)加入到四颈烧瓶中。使用磁珠在500-700rpm下搅拌混合物。加入表氯醇(5.55g)并且将混合物搅拌15分钟。通过滴液漏斗逐滴加入50%的KOH(2.276g)水溶液。含水层的颜色变为粉红色。继续搅拌,并且在2小时内加入50%的KOH溶液。将反应物再搅拌2小时。反应混合物含有滤出的未反应的白色粉末。用水将DCM层洗涤直至中性pH(3x)。使用Na2SO4干燥有机层,过滤并且蒸发以提供粗制产物。
通过LCMS表征所获得的产物,其示出了增加量的所需二缩水甘油醚,以及二聚化(单氯代醇单环氧二聚体和二环氧二聚体)。
[0267] 反应4:将PPPBP(3.93g)、TBAB(0.064g)、DCM(10mL)和水(20mL)加入到四颈烧瓶中。使用磁珠在500-700rpm下搅拌混合物。历经2小时同时逐滴加入表氯醇(2.77g)在DCM中的溶液和KOH(1.138g;50%含水溶液)。含水层的颜色变为粉红色。使反应进一步进行直到有机层变得澄清(4-5小时)。用水洗涤反应混合物直至达到中性pH(3x)。将溶剂蒸发。通过LCMS表征粗制产物。这一方法未导致产物纯度的显著变化并且仍然观察到了二聚产物。
[0268] 反应5:将PPPBP(3.93g)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.509g/15.65mL)加入到三颈烧瓶中。在30℃下使用磁珠以500-700rpm搅拌反应物。反应物开始溶解,然后逐渐将反应温度升高至70℃。反应物质变成均匀溶液。将溶液再搅拌2小时,并且吸取第一样品用于HPLC分析。继续搅拌另一小时。然后,历经3小时逐滴加入NaOH(1.2g)的50%水溶液。在添加完NaOH溶液之后,再搅拌反应1小时。在整个反应过程中间隔取出等分试样并通过HPLC分析。用水洗涤反应混合物直到达到中性pH(3x)。蒸去溶剂,通过HPLC确定粗制产物的纯度。
[0269] 图6示出了来自反应5的反应进程。其表明,在添加碱之后,二缩水甘油醚的形成(DE面积%)显著提高。这表明碱的加入促进了氯代醇中间体的闭环。但是,碱的加入还提高了二聚体的形成并且在较高保留时间的二聚体的峰面积增加。
[0270] 利用反应5的程序作为基础用于反应的进一步改进,以尝试获得具有更高纯度的粗制产物。下面给出了反应的代表性程序。反应条件的变化细节以及获得的相应结果示于表8中。
[0271] 代表性程序:
[0272] 步骤A:将PPPBP(3.93g)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.509g/15.65mL)加入到三颈烧瓶中。使用磁珠在高温(30-90℃)在500-700rpm下将反应物搅拌40分钟。
[0273] 步骤B:历经3小时逐滴加入50%的NaOH(1.2g)含水溶液。
[0274] 步骤C:在添加完NaOH溶液之后,再反应再搅拌1小时。用水将反应混合物洗涤至中性pH(3x)。蒸发溶剂并且通过HPLC表征粗制产物。
[0275] 表8
[0276]
[0277] 使用反应8和12的条件获得了最佳结果,其中反应是在50℃下进行的。
[0278] 通过硅胶色谱纯化反应8中获得的粗制产物。填充47g硅胶以形成柱。将DCM/M乙醇(99/1)用作洗脱剂。通过DCM进行初始洗脱并且通过添加乙醇逐渐提高溶剂极性。通过TLC监测采集的级分。将含有级分的产物合并。产物的纯度确定为98.7%(HPLC面积%)。
[0279] 残留表氯醇的去除:
[0280] 采用各种方法以从粗反应混合物中去除过量的表氯醇:
[0281] 干燥粗制产物:在不同的温度下,在真空炉中干燥含有700-800ppm表氯醇的粗制产物。在100℃,发现残留表氯醇为46.2ppm。
[0282] 己烷处理:使用己烷(30mL)处理粗PPPBP二环氧树脂(1g)(714ppm表氯醇)。在60℃下回流混合物,然后过滤。残余物用己烷洗涤并在空气循环恒温烘箱中,在各温度(50-120℃)下干燥6小时。通过顶空气相色谱分析样品的残余表氯醇。当在120℃下将产物干燥6小时时观察到了最佳结果,产生37ppm表氯醇的浓度。
[0283] 水处理:用水(30mL)处理粗PPPBP二环氧树脂(1g)。将混合物在100℃回流,然后过滤。用水洗涤残留物并且在100℃的空气循环恒温烘箱中干燥6小时。通过顶空气相色谱技术分析样品的残余表氯醇。发现残余表氯醇为51ppm。
[0284] 亚硫酸钠水溶液处理:使用10体积亚硫酸钠水溶液(3.5-10wt%)处理粗PPPBP二环树脂(1g)。将混合物在100℃回流,然后过滤。残余物用水洗涤并在100℃的空气循环恒温烘箱中干燥6小时。通过顶空气相色谱技术分析样品的残余表氯醇。用3.7%亚硫酸钠溶液处理的样品将残留表氯醇降低至32ppm。在将亚硫酸钠的水平提高到10wt%时,残留水平降低到不可检测的范围(<5ppm)。
[0285] 结构表征
[0286] 1H-NMR谱:所需产物的1H-NMR谱与图1中所示的相同。还将1H-NMR谱用来估计样品中的环氧当量重量。图7示出了用于确定EEW的方法,其被计算为258.4。
[0287] 热表征
[0288] 差示量热法:使用DSC Q1000仪器进行热表征。在氮气气氛下以10℃/min的速率进行扫描直至200℃。柱色谱纯化的样品的热分析图示出于图8中。样品示出60℃的Tg和在158.8℃的急剧的熔融吸热。
[0289] 热重分析:使用TGA Q5000仪器进行TGA分析。分析在氮气和空气气氛下进行。最高温度为800℃,升温速率为20℃/min。样品B(纯化的PPPBP二缩水甘油醚)和PPPBP粗品的TGA曲线示出在图9中。顶部曲线示出了在氮气下的TGA,而下部曲线示出了在环境空气下的TGA。
[0290] 灰分含量的估计
[0291] 通过重量法测定灰分含量。将2g样品放入铂坩埚中并在马弗炉(Barnsted make)中,在800℃下保持8小时。准确称重残余灰分,并基于初始重量计算灰分含量。分析一式两份的样品。该程序根据ASTM D482进行。测得平均灰分含量为568ppm(单次运行为598.7ppm和538.2ppm),标准偏差为43。
[0292] SBIBP的二缩水甘油醚的合成
[0293] 反应15:将SBIBP(3.08g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。将反应混合物在50℃下搅拌2小时。在第一和第二小时取出等分试样。2小时后,历经2小时逐滴加入氢氧化钠(1.2g)的50%水溶液。在碱添加完成后1小时内采集另一等分试样。将反应再搅拌2小时。立即通过HPLC分析全部采集的反应样品。结果示于图10中,其示出由于碱的加入而加速了产物和低聚物形成。
[0294] 反应16:将SBIBP(3.08g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。将反应混合物在50℃下搅拌2小时。2小时后,历经1小时逐滴加入氢氧化钠(1.2g)的50%含水溶液。使反应再继续进行2小时。在采集之后立即通过HPLC分析全部采集的反应样品。这些结果示出了与反应15类似水平的期望的产物量和低聚物的形成。
[0295] 反应17:将SBIBP(3.08g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。将反应混合物在50℃下搅拌3小时。使反应物冷却至室温(约25℃),并在历经1小时逐滴加入50%NaOH含水溶液(1.2g)。添加完成后,将温度升至35℃,并将反应搅拌4小时。在反应的最后阶段取出等分试样,并通过HPLC分析。在碱添加2小时后取出的样品的纯度为93%,而再2小时后取出的第二个样品的纯度为95%。通过硅胶柱色谱的纯化得1
到通过HPLC测定为99.1%纯度的期望的产物。期望的产物的 HNMR示于图11中。
[0296] BPI的二缩水甘油醚的合成
[0297] 反应18:将BPI(3.104g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。在50℃下将反应混合物搅拌3小时。历经1小时逐滴加入50%的NaOH含水溶液(1.2g)。将反应物再搅拌2小时,收集样品以监测反应进程。在采集之后立即通过HPLC分析全部采集的反应样品。结果示于图12中。
[0298] 反应19:将BPI(3.104g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。将反应混合物在50℃下搅拌3小时。使反应冷却至室温(约25℃)并且历经1小时逐滴加入50%的NaOH含水溶液(1.2g)。添加完成后,将温度升至35℃,并将反应搅拌4小时。在反应的最后阶段取出等分试样,并通过HPLC分析。在碱添加2小时后取出的样品示出出93%的纯度,而再2小时后取出的第二个样品示出纯度为95%。通过硅胶柱色谱的纯化得到通过HPLC测定为99.1%纯度的期望的产物。期望的产物的1HNMR示于图13中。
[0299] BisAP的二缩水甘油醚的合成
[0300] 反应20:将BisAP(2.90g,0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。将反应混合物在50℃下搅拌10分钟。历经3小时逐滴加入50%的NaOH含水溶液(1.2g)。将反应再搅拌2小时,并且采集样品以监测反应进程。在采集之后立即通过HPLC分析全部采集的反应样品。结果示于图14中。
[0301] 反应21:将BisAP(2.90g,0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)加入到三颈圆底烧瓶中。将反应混合物在50℃下搅拌3小时。由此实现了氯代醇的形成,但未添加碱来限制低聚物的形成。将反应温度降低至30℃并且历经1小时逐滴加入50%的NaOH含水溶液(1.2g)。在添加完成后,将反应搅拌2小时。在整个反应过程中取出等分试样并且通过HPLC分析纯度。这种方法在完成反应后提供89%的纯度。
[0302] 反应22和23:进行这些反应以研究溶剂对产物纯度的影响。因为在碱存在下,BisAP与表氯醇反应极快,产物形成的同时发生低聚化。为了确定溶剂的效果,在单独的反应中筛选两种不同的溶剂。将BisAP(2.90g/0.01mol)/TBAB(1.61g)和表氯醇(18.65g/0.2mol)与25mL溶剂[甲基乙基酮(反应22)和氯仿(反应23)]一起加入到三颈圆底烧瓶中。
将反应混合物在50℃下搅拌10分钟,随后历经3小时加入50%的NaOH含水溶液(1.2g)。将反应再搅拌2小时。分离产物并且通过HPLC分析纯度。来自反应22的粗产物的纯度为90.4%,而来自反应23的粗产物的纯度为84.5%。因此,溶剂的添加不会改善粗产物的纯度。
[0303] 通过硅胶柱色谱的纯化得到通过HPLC测定为99.1%纯度的期望的产物。期望的产物的1HNMR示于图15中。
[0304] 实施例4
[0305] 低纯度双酚二缩水甘油醚的合成
[0306] 还开发了用于合成具有低纯度(75-85%)的双酚类二缩水甘油醚的方法。反应条件和化学计量经调整以实现所需的组成。以下反应证明了开发过程。
[0307] SBIBP的二缩水甘油醚(低纯度)
[0308] 反应24:将SBIBP(3.08g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(5.55g/0.06mol)加入到三颈圆底烧瓶中。在90℃下将反应混合物搅拌40分钟。历经2.5小时逐滴加入50%的氢氧化钠含水溶液(1.2g)。再使反应搅拌3.5小时,并且采集样品以监测反应进程。在采集之后立即通过HPLC分析全部采集的反应样品。通过HPLC色谱示出的反应进程如图16。
[0309] 反应25:将SBIBP(3.08g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(5.55g/0.06mol)加入到三颈圆底烧瓶中。在90℃下将反应混合物搅拌40分钟。历经2.5小时逐滴加入50%的氢氧化钠含水溶液(1.2g)。再将反应搅拌1小时,并且采集样品以监测反应进程。在采集之后立即通过HPLC分析全部采集的反应样品。达到的纯度为77.2%。
[0310] BPI的二缩水甘油醚(低纯度)
[0311] 反应26:将BPI(3.104g;0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(5.55g/0.06mol)加入到三颈圆底烧瓶中。在90℃下将反应混合物搅拌40分钟。历经2.5小时逐滴加入50%的氢氧化钠含水溶液(1.2g)。再将反应搅拌1小时,并且采集样品以监测反应进程。分离产物并且通过HPLC确定的纯度为75.4%(具有21%的低聚物含量)。
[0312] BisAP的二缩水甘油醚(低纯度)
[0313] 反应27:将BisAP(2.90g,0.01mol)、TBAB(1.61g)和表氯醇(5.55g/0.06mol)加入到三颈圆底烧瓶中。在90℃下将反应混合物搅拌40分钟。历经2.5小时逐滴加入50%的氢氧化钠含水溶液(1.2g)。再将反应搅拌1小时,并且采集样品以监测反应进程。分离产物并且通过HPLC确定的纯度为70.6%(具有27%的低聚物含量)。
[0314] 产物纯度低于75-85%的期望的范围。为了将产率提高到期望的范围,如表9所示的改变反应条件。
[0315] 表9
[0316]反应 28 29 30
反应温度(℃) 90 70 90
BisAP/ECH比率(mol/mol) 0.01/0.06 0.01/0.06 0.01/0.1
步骤A:添加碱之前的反应时间 40 40 60
步骤B:添加碱的时间 150 150 60
步骤C:添加碱之后的反应时间 30 60 60
BisAP的二缩水甘油醚(纯度%) 71.2   81.8
[0317] PPPBP的二缩水甘油醚(低纯度)
[0318] 还通过改变PPPBP和表氯醇的化学计量合成了PPPBP的低纯度的二缩水甘油醚。将添加的碱的量(50%NaOH含水溶液,1.2g)和TBAB的量(1.61g)保持恒定。表10示出了所做的反应改变以实现目标75-85%纯度。
[0319] 表10
[0320]反应 31 32 33 34
反应温度(℃) 90 90 75 80
PPPBP/ECH比率(mol/mol) 0.01/0.06 0.01/0.1 0.01/0.145 0.01/0.128
步骤A:添加碱之前的反应时间(分钟) 40 40 40 40
步骤B:添加碱的反应时间(分钟) 150 150 60 60
步骤C:添加碱之后的反应时间(分钟) 30 30 30 60
BisAP的二缩水甘油醚(纯度%) 50% 71% 88% 80.5%
[0321] 实施例5.纯度对粘度的影响
[0322] 大体上,在上述反应中,随着纯度降低,较高分子量低聚物的量增加。该较高分子量部分将增加二缩水甘油醚产物的总体粘度。通常,较低粘度的树脂优选用于增加流动性和更好地润湿填料和增强纤维。低聚物对PPPBP环氧树脂的粘度的影响在表11中的实施例5和比较实施例5中示出。使用旋转轴粘度计(Digital Brookfield旋转粘度计:用于高温测试的Thermosel System)测量粘度。将样品置于一次性旋转轴/室组件中,并将温度升高至测试温度。在测试温度下平衡5分钟后,测量粘度。
[0323] 表11
[0324]  实施例5 比较实施例5  
纯度 97% 88%  
低聚物 3% 12%  
温度(℃) 粘度(cPs) 粘度(cPs) 粘度增加(%)
115 21000 27750 32.1
120 12680 16950 33.7
130 4130 5446 31.9
140 1630 2120 30.1
150 774 985 27.3
160 413 513 24.2
170 230 275 19.6
[0325] 实施例6-9.浇铸(铸造,casting)研究
[0326] 合理的配方可以定制聚合物网络,并改变环氧树脂的性能。例如,在运输、航空航天和电子应用中使用的复合材料通常需要高玻璃化转变温度(Tg)。增加Tg的重要方法是增加网络的交联密度。然而,高度交联的基质的共同特征是其固有的脆性。
[0327] 大量的努力集中在通过橡胶增韧的环氧树脂提高环氧树脂的韧性。然而,将橡胶相加入刚性环氧树脂基质中导致降低的热和机械性能(例如拉伸模量和屈服强度)。此外,这些橡胶改性剂中高水平的不饱和度可以提供氧化降解反应的途径。因而,用弹性体颗粒增韧的环氧树脂主要用于低温应用。
[0328] 高官能环氧树脂已被用于获得高Tg固化材料。三官能三缩水甘油基对氨基苯酚(TGAP)、四官能四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷(TGDDM)和芳族二胺,如二乙基甲苯二胺(DETDA给出了高于200℃的Tg。
[0329] 因此,配制环氧树脂的挑战是获得高Tg材料,同时保持或提高韧性。降低交联密度的一种方法是使用双官能的更刚性的环氧树脂代替三官能和四官能的环氧树脂。为了研究这种方法,通过制造铸件来比较用芳族二胺固化的双官能和四官能环氧树脂的性能。用于研究的材料列示于表12中。
[0330] 表12
[0331]
[0332] 用于制造铸件的一般程序:通过温热和搅拌将固体硬化剂溶解在环氧树脂中。化学计量具有15-17%的环氧当量过量。将均匀的环氧树脂/硬化剂溶液在真空烘箱中脱气,然后倒入预热至120℃的模具中。将填充的模具放置在120℃的烘箱中,并将固化温度编程至220℃。
[0333] 将PPPBP二缩水甘油醚的性能与双官能DGEBPA和四官能TGDDM进行比较。用3种不同的芳族二胺MDA/DDS和DETDA固化环氧树脂。所有制剂均含有16.5%过量的环氧基团。对于这些组合物中的每一种,测定芳族二胺固化的环氧树脂的Tg。表13表明,PPPBP环氧树脂基铸件(6-8)和TGDDM基铸件(比较实施例6-8)表现出高于200℃的Tg值,而DGEBPA基铸件(比较实施例9-11)具有低于175℃的Tg值。
[0334] 表13
[0335]
[0336] 使用无缺口冲击强度对实施例7和比较实施例7的铸件的冲击强度进行比较。结果示于下表14中。无缺口悬臂梁冲击强度在23℃下,根据ASTM D 4812 2006用2ft-lbs的锤能量进行测量。报告的值反映了每种组合物5个样品的平均值。从数据可以看出,与比较实施例7的四官能环氧树脂相比,本发明实施例7的冲击强度高出23%。
[0337] 表14
[0338]
[0339] 已知聚合物中的吸水性对性能特性具有不利影响。例如,材料可增大尺寸、充当增塑剂并降低机械性能、以及增加介电性能。在复合材料中,吸收的水可以通过差异溶胀增加吸湿应力,并降低基质树脂与增强纤维之间的界面粘附。
[0340] 通过将实施例7和比较实施例7的固化试样浸入80℃的去离子水中测量吸水性。通过定期取出测试样品,称重测试样品,并重新放入水中来测定吸水性。此外,通过测量样品长度确定样品通过吸水性的增长。
[0341] 图17和图18中示出这两种铸件的重量增加和长度增加的结果。如从图17所看到的,与比较实施例7相比,实施例7的吸性降低了38%。此外,图18示出,与实施例7相比,比较实施例7具有57%的更高的增加。
[0342] 通常,热固性树脂在固化时收缩。收缩率可对复合材料的性能具有负面影响,例如形成残余应力(residual stress)。机械性能也可能受到不利影响,包括在树脂-纤维界面脱粘以及形成微裂纹。
[0343] 根据上述方案固化铸件。在模具和铸件冷却至室温后,在3个位置测量模具的宽度,并且在相同的3个位置测量固化的环氧树脂的宽度。测定模具和铸件测量的平均值。收缩百分率由下等式确定:收缩百分比=100*[(模宽度–铸件宽度)/(模宽度)]。表15表明实施例7的收缩率显著低于比较实施例7的收缩率。
[0344] 适用期是在固化剂与环氧树脂混合之后,在其达到不可用形式之前的可用时间。实际上,这通常涉及粘度太高或树脂凝胶时。为了更高的生产率,需要较长的适用期。使用上述旋转轴粘度计测定180℃下的适用期。表15示出实施例7的适用期显著高于比较实施例
7。
[0345] 表15
[0346]
[0347] 咪唑被用作催化固化剂或促进剂用于环氧树脂的其它固化剂。通常,咪唑提供长的贮放时间、更快的固化速度和更高的固化环氧树脂Tg值的平衡。表16中示出咪唑固化的PPPBP二缩水甘油醚(实施例9)和DGEBPA(比较实施例12)的对比。通过将2,4-EMI溶解在环氧树脂中,将均匀溶液倒入模具中并在120℃下固化60分钟,150℃下60分钟,175℃下30分钟和220℃下60分钟。
[0348] 介电常数和损耗角正切根据IPC-TM-650 2.5.5.9在23℃下测量。在测试前,将样品在23℃和50%相对湿度下调理至少24小时。测量单元是4291B型的Hewlett-Packard阻抗材料分析仪,宽度为27.5厘米,高度为9.5厘米,深度为20.5厘米。电极为Hewlett-Packard Model 16453A,直径为7毫米。使用电容方法进行测量,当向电介质材料施加DC电压时扫描频率范围。施加的电压在1千兆赫的频率下为0.2毫伏至1伏。记录在1千兆赫(1GHz)频率下的介电常数(Dk,相对介电常数)和损耗角正切(Df,损耗因子)值,并报告在表16中。
[0349] 控制固化热对于避免放热是有用的,特别是在固化厚部分时。因此,还确定了实施例9和比较实施例12的反应热。为了制备这些样品,通过加热和搅拌将DDS硬化剂溶解在环氧树脂中。该制剂具有比化学计量的量高出15-17%的过量环氧当量。通过DSC测量反应热如表16所示。比较实施例12具有比实施例9具有多出74%的固化热。
[0350] 表16
[0351]
[0352] 实施例10-27.双酚类二缩水甘油醚的固化
[0353] 双酚类二缩水甘油醚使用二胺和二酸酐固化剂固化。该研究所考虑的双酚二氧树脂及固化剂示于表17中。
[0354] 表17
[0355]
[0356] EEW:通过1HNMR估计的环氧当量重量,ECH:表氯醇
[0357] 通过将固体硬化剂在室温下,在圆形铝盘(直径约2.5cm)中混合,将固体硬化剂溶解在环氧树脂中。化学计量具有15-17%过量的环氧当量。将均匀的环氧树脂/硬化剂混合物置于空气循环恒温烘箱中。选择的固化程序示出在表18中。
[0358] 表18
[0359]
[0360] 使用差示扫描量热计(DSC)评价固化的树脂的Tg。第一次扫描以10℃/min的速率从初始温度25℃到最终温度250℃。将样品以10℃/min的速率冷却直到25℃,并以相同的速率再加热至250℃。使用两个热循环热分析图估计Tg。在表19中给出固化组合物及其Tg。下表中列出的双酚类二缩水甘油醚是高纯度样品(HPLC纯度约99%)。
[0361] 表19
[0362]
[0363] ND:未检测到转变
[0364] 固化后,含有MDA(12、17、22)的组合物变黑并起泡。因此,这些组合物在较低温度下固化。所用的固化方案示于表20中。
[0365] 表20
[0366]
[0367] 实施例28-30遵循表20的固化程序用于使用双酚类(BISAP、BPI和SBIBP)的二缩水甘油醚固化MDA。数据汇总于表21中。
[0368] 表21
[0369]
[0370] 尽管结合目前被认为是最实用且优选的实施方式描述了本发明,但是应当理解,本发明不限于所公开的实施方式,并且旨在覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。在不脱离权利要求中限定的本发明的新颖方面的情况下,可以对本发明进行修改和变化。所附权利要求应当宽泛地并且以与本文中本发明的精神和范围一致的方式来解释。
[0371] 出于完整性的原因,本公开的各个方面在以下编号的条目中阐述:
[0372] 条目1.一种具有下式的化合物:
[0373]
[0374] 其中R1和R2每次出现各自独立地选自含环氧化物的官能团;Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立地为C1-C6烷基、苯基、或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;Rg每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t为0至10;其中通过高效液相色谱(HPLC)测定,式(I)的化合物具有的纯度为95%或更大。
[0375] 条目2.如条目1的化合物,其中R1和R2每次出现各自独立地选自:
[0376]
[0377] 其中R3a和R3b各自独立地选自氢和C1-C12烷基。
[0378] 条目3.条目1或2的化合物,其中化合物具有与化合物的纯度成反比的粘度。
[0379] 条目4.条目1-3任一项的化合物,其选自具有下式的化合物:
[0380]
[0381]
[0382]
[0383] 条目5.条目1-4中任一项的化合物,其中通过高效液相色谱(HPLC)测定,化合物具有的纯度为97%或更大。
[0384] 条目6.条目1-5中任一项的化合物,其中通过高效液相色谱(HPLC)测定,化合物具有的纯度为98%或更大。
[0385] 条目7.条目1-6中任一项的化合物,其中通过高效液相色谱(HPLC)测定,化合物具有的纯度为99%或更大。
[0386] 条目8.条目1-7中任一项的化合物,其中化合物其本上不含低聚物杂质。
[0387] 条目9.条目1-8中任一项的化合物,具有上述式(1-a)、(2-a)或(4-b)。
[0388] 条目10.条目1-9中任一项的化合物,其中化合物衍生自如上的式(1’)的化合物。
[0389] 条目11.条目1-10中任一项的化合物,其中化合物衍生自如上的式(1’-a)的化合物。
[0390] 条目12.条目11的化合物,其中式(1’-a)的化合物包含低于50ppm的氨基苯酚杂质、低于500ppm的酚酞、或3ppm或更低的金属杂质。
[0391] 条目13.一种用于制备上述的式(1)化合物的方法,(1)其中Ra和Rb每次出现各自独立地为卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基;p和q每次出现各自独立地为0至4;R13每次出现独立地为卤素或C1-C6烷基;c每次出现独立地为0至4;R14每次出现独立g地为C1-C6烷基、苯基或者用最多五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基;R 每次出现独立地为C1-C12烷基或卤素,或两个Rg基团与它们所连接的碳原子一起形成四、五或六元环烷基基团;并且t是0至10;该方法包括:(a)提供表氯醇与如上所述的式(1’)的化合物的混合物;
(b)向(a)的混合物中缓慢地加入碱以提供反应混合物;和(c)在20℃至24℃下搅拌反应混合物8至12小时。
[0392] 条目14.条目13的方法,其中碱是氢氧化钠或氢氧化钾。
[0393] 条目15.条目13或14的方法,其中通过高效液相色谱(HPLC)测定,式(1)的化合物的纯度为99%或更大。
[0394] 条目16.条目13-15中任一项的方法,其中式(1)的化合物具有上述的式(1-a)。
[0395] 条目17.一种可固化组合物,其包含:(i)根据条目1-12中任一项的化合物;(ii)固化促进剂;(iii)可选的不同于(i)的化合物的辅助环氧树脂;和(iv)可选的式R-W-R的聚亚苯基醚树脂,其中W是二价的以酚氧原子封端的聚(亚苯基醚)残基,并且每个R是下式的官能化苄基:
[0396]
[0397] 其中Rf每次出现独立地选自酸、酸酐、胺、环氧化物(环氧基,epoxide)、噁唑啉、原酸酯、羟基、磷酸酯、膦酸酯、丙烯酸酯、酯、炔烃、烯烃、烯基硫代酸酯(烯基硫醇酯,alkenylthioate)、烯基磺酸酯和烯基磺酸酯,并且g是1、2、3、4或5。
[0398] 条目18.条目17的可固化组合物,其中辅助环氧树脂选自由以下各项组成的组:脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚线性酚醛环氧树脂、甲酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、多官能环氧树脂、萘环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩水甘油基苯基缩水甘油醚、二环戊二烯型环氧树脂、多芳香族树脂型环氧树脂,以及它们的混合物。
[0399] 条目19.条目17的可固化组合物,其中,辅助环氧树脂是2,2-双(4-羟苯基)丙烷的二缩水甘油醚。
[0400] 条目20.条目17的可固化组合物,其中,固化促进剂是胺化合物。
[0401] 条目21.条目20的可固化组合物,其中胺化合物选自以下各项的胺化合物:异佛尔酮二胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、氨乙基哌嗪、1,2-和1,3-二氨基丙烷、2,2-二甲基丙二胺、1,4-二氨基丁烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,12-二氨基十二烷、4-氮杂七亚甲基二胺、N,N’-双(3-氨丙基)丁烷-1,4-二胺、环己烷二胺、二氰胺、二酰胺二苯基甲烷、二酰胺二苯磺酸(胺加合物)、4,4’-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、间亚苯基二胺、对亚苯基二胺、三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、3,3’-亚氨基二丙基胺、2,4-双(对氨基苄基)苯胺、四亚乙基五胺、3-二乙基氨丙基胺、2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、1,2-和1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、1,2-二氨基-4-乙基环己烷、1,4-二氨基-3,6-二乙基环己烷、
1-环己基-3,4-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基二环己基丙烷、2,
2-双(4-氨基环己基)丙烷、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3-氨基-1-环己烷氨基丙烷、1,3-和1,4-双(氨基甲基)环己烷、间和对二甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、4-氨基苯基砜,以及它们的混合物。
[0402] 条目22.条目20的可固化组合物,其中胺化合物是叔胺硬化促进剂。
[0403] 条目23.条目22的可固化组合物,其中叔胺硬化促进剂选自以下各项:三乙基胺、三丁基胺、二甲基苯胺、二乙基苯胺、苄基二甲基胺(BDMA)、α-甲基苄基二甲基胺、N,N-二甲基氨基乙醇、N,N-二甲基氨基甲酚和三(N,N-二甲基氨基甲基)苯酚。
[0404] 条目24.条目20的可固化组合物,其中胺化合物是选自以下的咪唑硬化促进剂:2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-月桂基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑、4-月桂基咪唑、4-十七烷基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-羟基甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-羟基甲基咪唑、1-氰乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑,以及它们的混合物。
[0405] 条目25.条目20的可固化组合物,其中胺化合物是选自4-二氮杂双环(2,2,2)辛烷(DABCO)、二氮杂双环十一碳烯(DBU)、2-苯基咪唑啉,以及它们的混合物的环脒硬化促进剂。
[0406] 条目26.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是酚硬化剂。
[0407] 条目27.条目26的可固化组合物,其中酚硬化剂选自线性酚醛型酚树脂、甲阶酚醛型酚树脂、芳烷基型酚树脂、二环戊二烯型酚树脂、萜烯改性酚树脂、联苯型酚树脂、双酚、三苯基甲烷型酚树脂,以及它们的混合物。
[0408] 条目28.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是选自马来酸酐(MA)、邻苯二甲酸酐(PA)、六氢-邻苯二甲酸酐(HEPA)、四氢苯二甲酸酐(THPA)、甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)、甲基六氢二甲酸酐(MHHPA)、纳迪克甲基酸酐(甲基降冰片烯二酸酐,MHA)、二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、四氯苯二甲酸酐(TCPA)、均苯四酸二酐(PMDA)、偏苯三酸酐(TMA)、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐(MNA)、六氢苯二甲酸酐(1,2-环己烷二羧酸酐,(HHA)),以及它们的混合物的酸酐硬化剂。
[0409] 条目29.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂选自潜阳离子固化催化剂、脂族或芳族羧酸的铜(II)盐、脂族或芳族羧酸的铝(III)盐、脂族或芳族羧酸的锡(II)盐、β-二酮酸铜(II)、β-二酮酸铝(III)、四氯化锡(IV)、三氟化硼-三烷基胺复合物,以及它们的混合物。
[0410] 条目30.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是选自以下的潜阳离子固化催化剂:二芳基碘鎓盐、膦酸酯、磺酸酯、羧酸酯、膦内鎓盐、三芳基硫鎓盐、苄基硫鎓盐、芳基重氮盐、苄基吡啶鎓盐、苄基铵盐、异噁唑鎓盐,以及它们的组合。
[0411] 条目31.条目17的可固化组合物,其中,固化促进剂是潜阳离子固化催化剂,其包含具有结构[(R10)(R11)I]+X-的二芳基碘鎓盐,其中R10和R11各自独立地为C6-C14单价芳族烃基,该烃基可选地取代有1至4个选自C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、硝基和氯的单价基团;并且其中X-是阴离子。
[0412] 条目32.条目17的可固化组合物,其中,固化促进剂具有结构[(R10)(R11)I]+SbF6-,其中R10和R11各自独立地为C6-C14单价芳族烃基,该烃基可选地取代有1至4个选自C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、硝基和氯的单价基团。
[0413] 条目33.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是潜阳离子固化催化剂,其包含4-辛氧基苯基苯基碘鎓六氟锑酸盐。
[0414] 条目34.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是脂族或芳族羧酸的铜(II)或铝(III)盐,选自乙酸、硬脂酸、葡糖酸、柠檬酸、苯甲酸的铜(II)、锡(II)和铝(III)盐,以及它们的混合物。
[0415] 条目35.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是β-二酮酸铜(II)或铝(III),其选自乙酰丙酮酸铜(II)和乙酰丙酮酸铝(III)。
[0416] 条目36.条目17的可固化组合物,其中固化促进剂是三氟化硼-三烷基胺复合物。
[0417] 条目37.条目17的可固化组合物,其中聚亚苯基醚树脂具有下式:
[0418]
[0419] 其中每次出现的a和b独立地为0至20,条件是a和b的和至少为2。
[0420] 条目38.一种固化组合物,包含通过固化条目17-37任一项的可固化组合物获得的产物。
[0421] 条目39.条目38的固化组合物,表现出单一的Tg。
[0422] 条目40.条目38的固化组合物,表现出大于或等于200℃的单一的Tg。
[0423] 条目41.条目38的固化组合物,表现出大于或等于225℃的单一的Tg。
[0424] 条目42.条目38的固化组合物,表现出大于或等于250℃的单一的Tg。
[0425] 条目43.一种制品,其包含条目38-42中任一项的固化组合物。
[0426] 条目44.条目43的制品,其中制品选自酸浴容器;中和槽;飞机组件;桥梁;桥面系;电解池;排气管;洗涤器;运动器材;楼梯;走道;机动车外板;底板;空气通风口;管道;天然气管;导管;工业风扇、风扇外壳;鼓风机;工业混合器;船体;船甲板;海运码头护舷;瓷砖;
建筑板;商用机器壳体;托盘;混凝土改性剂;洗碗机部件;冰箱部件;电气密封剂;电气面板;槽;电解精炼槽;软水器槽;燃料槽;纤丝缠绕罐;纤丝缠绕罐衬里;家具;车库门;格栅;
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运动设备;媒体设备;砂轮;磨砂轮;机械轧辊;传送带;军事设备;航天设备;航空部件;机动车部件;公共运输部件;印刷电路板;电气部件;光学部件;光电部件;计算机部件;船舶外部部件;船舶内部部件;储气罐;和风力涡轮机。
[0427] 条目45.条目43的制品,其中制品选自航空航天部件、机动车部件、公共运输部件、印刷电路板、电气部件、光学部件、光电部件、计算机部件、船舶外部部件和船舶内部部件。
[0428] 条目46.条目43-45任一项的制品,其中制品通过以下制造:数值转印模制;片材模制;块体模制;拉挤成型;注射模制;反应注射模制(RIM);大气压模制(APM);浇铸;离心浇铸;静态浇铸;开模浇铸;层压;接触模制;圆柱形接触模制;压塑模制;真空辅助数值转印模制;化学辅助数值转印模制;匹配工具模制;高压釜固化;在空气中热固化;真空袋装;Seeman的复合树脂灌注制造加工(SCRIMP);开模模制;单丝缠绕;圆柱形单丝缠绕;或它们的组合。
[0429] 条目47.一种包含条目38-42任一项的固化组合物的材料,其中材料是复合材料、涂料、粘合剂、封装剂或密封剂。
[0430] 条目48.条目47的材料,其中材料包含一种或多种另外的组分,其各自独立地选自以下各项:阻燃剂、填料、增强纤维、染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、防粘剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基底粘附剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,以及它们的组合。
[0431] 条目49.条目48的材料,其中填料选自以下各项:氧化铝、氧化硅、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化镁、硅酸镁、玻璃纤维、玻璃毡、氧化硅粉末、煅制氧化硅、球形氧化硅、硫脲、Al2O3、滑石、高岭土、粘土、三氧化锑、玻璃泡、中空玻璃微球、芳纶纤维和石英。
[0432] 条目50.条目47-49任一项的材料,其中复合材料是基于玻璃纤维的复合材料、基于碳纤维的复合材料或它们的组合。
[0433] 条目51.条目47-50中任一项的材料,其中材料是通过数值转印模制方法生产的。
[0434] 条目52.条目1-12中任一项的化合物,根据ASTM E28-1999测量,其具有低于50℃的软化点。
[0435] 条目53.条目38-42中任一项的固化组合物,根据ASTM D4812-2006测量,其具有大于或等于60J/m、65J/m或70J/m的冲击强度。
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