无溶剂离子液体环氧树脂制造技术

无溶剂环氧体系，包括：硬化剂化合物H，该硬化剂化合物H包括：分子结构(Y

Solvent-free ionic liquid epoxy resin

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无溶剂离子液体环氧树脂相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月25日提交的美国临时申请No.62/412,741的在先申请日的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及新型离子型环氧树脂、含有这样的树脂的体系以及制备或使用这样的树脂的方法。
技术介绍
传统的环氧体系通常包括热固性聚合物，其广泛用于牙科填料、印刷电路板，风力涡轮机、轻型车辆、涂料、护套、地板、粘合剂、航空航天应用和各种其他应用。各种固化反应以及相关的化学成分和结构的可用性促进了这种广泛的应用，其提供了所需的硬度、柔韧性、粘合性、交联度、链间键合本质、高强度(拉伸、压缩和弯曲)、化学抗性、疲劳抗性、腐蚀抗性和电阻性的性质。未固化的环氧树脂的性质，诸如粘度，通过单体、固化剂和催化剂的适当选择来促进可加工性。根据来源，估计全球环氧树脂市场可能会从2015年的60-71亿美元增加到2020年的92-105亿美元，平均每年产量为250万公吨。传统上，环氧体系的许多显著性质都是以显著的挥发性有机化合物(VOC)排放为代价的。环境保护局的法规要求至少80％的VOC都在工业过程中捕获，从而对整体运营成本产生重大影响，同时对制造业中涉及的操作人员造成健康风险。
技术实现思路
公开了一种无溶剂离子环氧体系，其包括硬化剂化合物H和环氧化合物E。该硬化剂化合物包含分子结构(Y1-R1-Y2)，其中R1是离子部分，Y1是亲核基团且Y2是亲核基团；以及作为R1的抗衡离子的离子部分A。环氧化合物包括分子结构(Z1-R2-Z2)，其中R2是离子部分，Z1包括环氧基团，且Z2包括环氧基团；以及作为R2的抗衡离子的离子部分B。在实施方式中，环氧化合物E和/或硬化剂H包含在无溶剂离子液体中，其显著解决了传统环氧化物的VOC的问题。该体系可以还包括促进剂、交联剂、增塑剂、抑制剂、离子疏水和/或超疏水化合物、离子亲水化合物、离子过渡疏水/亲水化合物、生物活性(BAIL，生物活性离子液体)化合物和/或增塑剂化合物。还公开了由所公开的环氧体系制备的聚合物及其使用的方法。在某些实施方式中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合时产生的聚合物可具有自修复性质，这是由于沿聚合物链存在通过静电吸引驱动修复过程的稳定的电荷。在实施方式中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合时产生的聚合物形成高度地且规则的多孔体系，其可以用于但不限于过滤膜、更换二次离子液体后的固体电解质、交换膜等。在某些实施方式中，聚合物包含固体电解质，其可用作电子部件，诸如电池、电容器，压电材料和/或电致动器的部件。附图说明图1是1,3-二(2'-氨基亚乙基)-2-甲基咪唑鎓溴化物的典型NMR谱的实例。图2是γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-,甲酯苯丁酸的典型NMR谱的实例。图3是γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-苯丁酸的典型NMR谱的实例。图4示出了根据本文公开的实施方式的无溶剂离子液体环氧树脂和硬化剂的实例的化学结构。图5示出了根据本文公开的实施方式的离子液体环氧体系的实例的化学结构，其包括在聚合反应后产生超疏水材料的超疏水阴离子部分。图6示出了根据本文公开的实施方式的离子液体环氧体系的实例的化学结构，其包括在聚合反应后产生超疏水材料的超疏水阳离子。图7示出了根据本文公开的实施方式，在聚合反应后产生过渡疏水-亲水材料的离子液体环氧体系的化学结构。图8示出了根据本文公开的实施方式的离子液体环氧体系的化学结构，其包括药学活性阴离子和阳离子，并在聚合反应后产生药物释放材料。图9A-9F示出了根据本文公开的实施方式的用于无溶剂离子液体环氧树脂的示例性药理活性离子的化学结构，图9A)抗组胺，图9B)润肤剂，图9C)抗炎剂，图9D)止痛剂，图9E)抗炎剂和图9F)抗胆碱能剂。图10A-10I示出了根据本文公开的实施方式的示例性离子液体实例的化学结构，图10A)和图10B)离子液体硬化剂，图10C)自催化离子液体硬化剂，图10D)离子液体促进剂，图10E)离子液体环氧树脂，图10F)离子液体促进剂，图10G)和图10H)离子液体交联剂，和图10I)离子液体促进剂。图11示出了根据本文公开的实施方式的可用于合成离子液体环氧化物和硬化剂的疏水阴离子的实例的化学结构。图12示出了根据本文公开的实施方式的可用于合成离子液体环氧化物和硬化剂的疏水阳离子的实例的化学结构。图13示出了可用于合成离子液体环氧化物和硬化剂的亲水阴离子的实例的化学结构。图14示出了根据本文公开的实施方式的可用于合成离子液体环氧化物和硬化剂的亲水阳离子的实例的化学结构。图15A-15F示出了根据本文公开的实施方式的在离子液体环氧化物体系中用作活性材料的生物活性离子液体(BAIL)的实例的化学结构，图15A)1-烷基-1-甲基哌啶鎓-4-(4-氯-2-甲基苯氧基)丁酸盐，除草剂；图15B)吡嗪酸胆碱鎓，细胞毒性，图15C)水杨酸三(2-羟乙基)甲基铵，抗凝血-抗炎剂，图15D)辛丁酯磺酸雷尼替丁鎓，组胺的-润肤剂，图15E)辛丁酯磺酸利多卡因鎓，止痛剂-润肤剂，图15F)异丁苯丙酸二癸基二甲基铵，抗细菌-抗炎剂。图16A-16F示出了根据本文公开的实施方式的在聚合物和环氧化物体系中用作增塑剂的离子液体实例的化学结构，图16A)1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐，图16B)1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺盐，图16C)四己基鏻癸酸盐，图16D)1-乙基吡啶鎓双(2-乙基己基)磺基琥珀酸盐，图16E)1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐，图16F)1-辛基-3-甲基咪唑鎓氯化物。图17A-17D示出了根据本文公开的实施方式的不含BPA的离子液体环氧体系的化学结构，图17A)脂族环氧树脂的实例，图17B)脂族硬化剂的实例，图17C)脂族环氧树脂的第二实例，和图17D)环氧树脂的芳族非酚类实例。图18A和18B是显示根据本文公开的实施方式的实例的示意图：具有固体电解质组分的电化学池(图18A)；以及电化学致动器，由于施加的电势电极具有体积变化(图18B)。图19是一组截面示意图，示出了在聚合物结构的主链中含有固定电荷的聚合物体系的修复过程。在存在机械损伤(破裂)之后，根据本文公开的实施方式，聚合物结构中的电荷的静电吸引对材料进行“修复”。图20是在50％w/w四丁基鏻TFSI离子液体存在下固化的Jeffamine-BPA薄膜的一组扫描电子显微镜(SEM)图像。根据本文公开的实施方式，在SEM分析之前，将膜用甲醇洗涤数次以除去离子液体并在真空烘箱(35℃全真空，48h)中干燥。具体实施方式概述各种实施方式基于专利技术人实现的改进的环氧化学，其限制VOC排放——例如，在低蒸气压下，同时保持当前体系的广泛适用性——以显着降低加工成本并减轻相关的健康危害。本公开总体涉及根据不同实施方式不同地提供反应性离子液体体系的技术和机制，该反应性离子液体体系在组合时反应形成高强度、通用和/或附加功能的环氧基热固性材料。这些环氧体系解决了上述VOC排气问题。一些实施方式包括合成离子液体，其例如含有在阴离子上被环氧化物(缩水甘油基基团)取代的阴离子。另一种这样的离子液体可含有二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低或无溶剂的环氧体系，包括：硬化剂化合物H，包括：分子结构(Y

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.25 US 62/412,7411.低或无溶剂的环氧体系，包括：硬化剂化合物H，包括：分子结构(Y1-R1-Y2)，其中R1是离子部分，Y1是亲核基团，且Y2是亲核基团；以及作为R1的抗衡离子的离子部分A；以及环氧化合物E，包括：分子结构(Z1-R2-Z2)，其中R2是离子部分，Z1包括环氧基团，且Z2包括环氧基团；以及作为R2的抗衡离子的离子部分B。2.根据权利要求1所述的环氧体系，其中，所述环氧化合物E是无溶剂离子液体。3.根据权利要求1或2所述的环氧体系，其中，Y1和Y2包括独立地选自以下的亲核基团：NH2基团、SH基团、OH基团、SeH基团和PH2基团。4.根据权利要求1-3中任一项所述的环氧体系，其中，所述硬化剂化合物H是无溶剂离子液体。5.根据权利要求1-4中任一项所述的环氧体系，其中，所述硬化剂化合物选自表1和图4、5、6、7、8、10A-10C和17A-17D中所示的一种或多种硬化剂化合物。6.根据权利要求5所述的环氧体系，其中，所述环氧化合物选自表1和图4、5、6、7、8、10E和17A-17D中所示的一种或多种环氧化合物。7.根据权利要求1-6中任一项所述的环氧体系，还包括促进剂、交联剂、增塑剂或抑制剂中的一种或多种。8.根据权利要求7所述的环氧体系，其中，所述促进剂、所述交联剂、所述增塑剂或所述抑制剂选自图10D、10F-10I和16A-16F中所示的一种或多种促进剂、交联剂、增塑剂或抑制剂。9.根据权利要求1-8中任一项所述的环氧体系，还包括离子疏水和/或超疏水化合物。10.根据权利要求9所述的环氧体系，其中，所述离子疏水和/或超疏水化合物在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合时作为离子液体释放，以改良所产生的聚合物的性质。11.根据权利要求9或10所述的环氧体系，其中，所述离子疏水和/或超疏水化合物来自图5和6中所示的一种或多种疏水和/或超疏水化合物。12.根据权利要求1-11中任一项所述的环氧体系，还包括离子亲水化合物。13.根据权利要求12所述的环氧体系，其中，所述离子亲水化合物在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合时作为离子液体释放，以改良所产生的聚合物的性质。14.根据权利要求1-13中...

【专利技术属性】
技术研发人员：科迪·弗里森，乔斯·安东尼奥·鲍蒂斯塔马丁内斯，米哈伊洛·贡恰连科，保尔·约翰逊，
申请(专利权)人：代表亚利桑那大学的亚利桑那校董会，
类型：发明
国别省市：美国,US