一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法。
背景技术
近年来，随着人们防火意识的不断提高，对环氧树脂的应用提出了新的挑战，环氧树脂的氧指数低，属于易燃物质，这使得它的应用受到了很大的限制，所以提高环氧树脂的阻燃性能，对于减小火灾危害具有非常重要的意义。
腰果酚是一种从天然腰果壳油里面提取出来的油状液体，属于绿色环保的工业原料，苯环结构的存在使其具有耐高温的性能，而苯环间位上含不饱和双键的C15直链，能增强体系的韧性，提供优异的憎水性和自干性，因其来源丰富、价格低廉、%20性能优异，具有可再生性，而成为了近年来的研究热点。
在腰果酚的应用中主要是腰果酚固化剂的制备，制备出的固化剂与环氧树脂进行固化，得到耐腐蚀、耐高温且在低温下易操作的漆膜，得到的漆膜主要应用在轮船、集装箱上。腰果酚基环氧树脂固化剂必然是环氧树脂的最佳绿色伙伴。
溶剂型涂料的安全环保性能比较低，由于有机溶剂的使用，在施工时，会从涂膜中挥发有害物质，会危害人体健康和环境，而且它的成本相对比较高，会造成资源浪费。本发明的固化剂不含挥发性有机溶剂，降低了生产成本，同时在涂料成膜后慢性挥发的物质少，保障了密闭空间的空气质量。
在无卤阻燃剂中，有机磷系属于一类较为重要的阻燃剂。有机磷系阻燃剂可分为反应型和添加型，添加型阻燃环氧树脂是指通过在环氧树脂固化剂中添加阻燃剂从而达到阻燃的效果，然而添加型阻燃剂存在添加量大，与环氧基体相容性差，易迁移等问题，从而限制了此种方法制备阻燃环氧树脂树脂的应用。
反应型阻燃剂通过反应将含阻燃元素的基团引入固化剂中，从而解决了物理添加带来的问题，然而目前已有的专利往往存在原材料价格昂贵，制备工艺复杂繁琐等问题，而如专利CN%20108424513中所述的固化剂，原材料不可再生，且其常温时为固体，使用不方便。
专利CN109232976A合成的含腰果酚基氮磷协同阻燃剂需要先通过反应与酚醛树脂结合，再用反应得到的酚醛树脂与固化剂、发泡剂进行发泡反应得到酚醛泡沫。阻燃剂的合成和使用过程都要使用催化剂，后处理麻烦，且使用时要先与酚醛树脂结合，较为繁琐，而本专利直接将含磷化合物接到固化剂上，合成工艺简单，使用方便。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于按重量份计，包括以下步骤：
1）将140-160份腰果酚、5-15份多聚甲醛、10-30份含磷化合物和碱性催化剂混合均匀，在50-80℃条件下反应1-5h，然后依次加入24-30份多聚甲醛和20-70份脂肪胺，于70-85℃下保温反应0.5-3h；
2）步骤1）的保温反应结束后依次加入140-160份腰果酚、24-30份多聚甲醛和30-70份脂肪胺，继续于70-85℃下保温反应0.5-3h；
3）步骤2）的保温反应结束后，继续搅拌升温至80-120℃后保温，减压蒸馏去除反应生成的水及剩余的甲醛和脂肪胺轻组分，然后加入5-30份环氧树脂E51，保温反应0.5-5h。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中的碱性催化剂为三乙胺或吡啶。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于步骤1）和步骤2）中的腰果酚纯度大于90%。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中的含磷化合物为亚磷酸二乙酯、亚磷酸二甲酯或亚磷酸二异丙酯。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于步骤1）和步骤2）中的脂肪胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于步骤3）中升温至80-120℃后的保温时间为0.25-2h。
所述的一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，其特征在于步骤3）中减压蒸馏的真空度为5-20KPa，减压蒸馏的温度为80-120℃。
本发明的优点和积极效果为:
1）本发明提供的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，不含卤素，属于无卤环保型固化剂。
2）本发明提供的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，引入了腰果酚基团，而腰果酚属于可再生资源，符合可持续发展的需要。
3）本发明提供的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，不需采用挥发性有机溶剂作为分散介质，施工安全，节能环保。
4）本发明提供的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，合成过程中使用的催化剂存在于反应体系中，不需要分离去除，其对环氧树脂固化具有促进作用。
5）本发明提供的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂是反应型阻燃固化剂，具有阻燃效果的P元素通过反应接到固化剂上，产品不会出现分层，其性能稳定，使用方便。
本发明在制备含磷腰果酚基环氧固化剂时，反应式如下：
具体实施方式
实施例1：
一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按重量份计，将140g腰果酚、12g多聚甲醛、28g亚磷酸二乙酯和3g三乙胺混合均匀，在80℃下保温反应2h，然后加入30g多聚甲醛、36g乙二胺，于85℃下保温反应0.5h；
2）步骤1）的保温反应结束后加入160g腰果酚、24g多聚甲醛和36g乙二胺，于85℃下保温反应2h；
3）步骤2）的保温反应结束后，升温至100℃反应1h，然后保持100℃、真空度10Kpa减压蒸馏0.5h，然后降温至60℃，加入20g环氧树脂E51，保温反应4h；
4）出料，得433g无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，所得固化剂为红棕色液体，胺值为256mgKOH/g，25℃时的粘度为9300mpa.s，P含量为1.3-1.7wt%。
实施例2：
一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按重量份计，将150g腰果酚、12g多聚甲醛、14g亚磷酸二乙酯和3g三乙胺混合均匀，在60℃下保温反应5h，然后加入24g多聚甲醛、30g乙二胺，于70℃下保温反应3h；
2）步骤1）的保温反应结束后加入150g腰果酚、30g多聚甲醛和42g乙二胺，于70℃下保温反应3h；
3）步骤2）的保温反应结束后，升温至85℃反应2h，然后保持85℃、真空度5Kpa减压蒸馏0.5h，然后降温至60℃，加入30g环氧树脂E51，保温反应5h；
4）出料，得429g无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，所得固化剂为红棕色液体，胺值为247mgKOH/g，25℃时的粘度为11800mpa.s，P含量为0.6-0.9wt%。
实施例3：
一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按重量份计，将150g腰果酚、6g多聚甲醛、14g亚磷酸二乙酯和3g三乙胺混合均匀，在70℃下保温反应3h，然后加入30g多聚甲醛、32g乙二胺，于80℃下保温反应2h；
2）步骤1）的保温反应结束后加入150g腰果酚、30g多聚甲醛和40g乙二胺，于85℃下保温反应0.5h；
3）步骤2）的保温反应结束后，升温至120℃保温反应1h，然后降温至 80℃、真空度10Kpa减压蒸馏0.5h，然后降温至60℃，加入10g环氧树脂E51，保温反应1.5h；
4）出料，得391g无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，所得固化剂为红棕色液体，胺值为271mgKOH/g，25℃时的粘度为8500mpa.s，P含量为0.6-0.9wt%。
实施例4：
一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按重量份计，将150g腰果酚、12g多聚甲醛、28g亚磷酸二乙酯和3g三乙胺混合均匀，在75℃下保温反应2h，然后加入24g多聚甲醛、20g乙二胺，于80℃下保温反应2h；
2）步骤1）的保温反应结束后加入150g腰果酚、30g多聚甲醛和52g乙二胺，于80℃下保温反应2h；
3）步骤2）的保温反应结束后，升温至120℃反应15min，然后降温至 90℃、真空度8Kpa下减压蒸馏0.5h，然后降温至60℃，加入20g环氧树脂E51，保温反应3h；
4）出料，得427g无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，所得固化剂为红棕色液体，胺值为252mgKOH/g，25℃时的粘度为9900mpa.s，P含量为1.3-1.7wt%。
实施例5：
一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按重量份计，将140g腰果酚、5g多聚甲醛、10g亚磷酸二乙酯和3g三乙胺混合均匀，在50℃下保温反应1h，然后加入28g多聚甲醛、30g乙二胺，于70℃下保温反应3h；
2）步骤1）的保温反应结束后加入140g腰果酚、28g多聚甲醛和30g乙二胺，于70℃下保温反应3h；
3）步骤2）的保温反应结束后，升温至80℃反应2h，然后升温至 90℃、真空度12Kpa下减压蒸馏0.5h，然后降温至60℃，加入5g环氧树脂E51，保温反应0.5h；
4）出料，得358g无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，所得固化剂为红棕色液体，胺值为249mgKOH/g，25℃时的粘度为5100mpa.s，P含量为0.6-0.9wt%。
实施例6：
一种无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按重量份计，将160g腰果酚、15g多聚甲醛、30g亚磷酸二乙酯和3g三乙胺混合均匀，在80℃下保温反应2h，然后加入30g多聚甲醛、70g三乙烯四胺，于85℃下保温反应3h；
2）步骤1）的保温反应结束后加入160g腰果酚、30g多聚甲醛和70g三乙烯四胺，于85℃下保温反应3h；
3）步骤2）的保温反应结束后，升温至120℃反应2h，保持温度为120℃、真空度20Kpa下减压蒸馏0.5h，然后降温至60℃，加入5g环氧树脂E51，保温反应0.5h；
4）出料，得505g无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂，所得固化剂为红棕色液体，胺值为320mgKOH/g，25℃时的粘度为18500mpa.s，P含量为1.3-1.6wt%。
上述实施例中提及的各组分还包括如下成分，均可采用同等功能或作用以下所述组分替代，得到的固化剂具有同等效果，不再一一组合举例。
所述的碱性催化剂为三乙胺、吡啶的其中一种。
所述的含磷化合物为亚磷酸二乙酯、亚磷酸二甲酯、亚磷酸二异丙酯的其中一种。
所述的脂肪胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺的其中一种。
所述的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂的胺值范围为240-330mgKOH/g，25℃时的粘度范围为5000-20000mpa.s，P的含量范围为0.6-1.7%。
对比例1：
将300g腰果酚，66g多聚甲醛，72g乙二胺混合均匀，于80-85℃下保温反应3h，然后升温至120℃保温15min，降温至 80-85℃、真空度10Kpa下减压蒸馏0.5h，再降温至50-60℃后加入20g环氧树脂E51，保温反应2h后出料得409g红棕色腰果酚醛胺固化剂。胺值：273mgKOH/g，25℃时的粘度为8700mpa.s。
将本发明实施例制备得到的无溶剂含磷腰果酚基环氧固化剂和对比例的固化剂与环氧树脂E51按活泼氢当量：环氧当量=1：1的比例混合，室温固化7天，分别测试极限氧指数。
所述的粘度按照GB/T 22235-2008规定的检测方法测试。
所述的极限氧指数(LOI) 按照GB/T2406-2009规定的检测方法测试，样品尺寸为长×宽×厚：130mm×6.5mm×3mm。
测试结果如表1所示：
表1 样品极限氧指数数据表
通过对比可以发现，制备得到的含磷固化剂胺值、粘度在要求范围内，使用方便，且相对于对比例1的腰果酚醛胺固化剂能明显地提高环氧树脂的阻燃性能。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
