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环氧改性脂肪族胺、脂肪族胺介绍

时间:2012-07-25 08:42来源:未知 作者:admin 点击:
有些脂肪胺对人体毒害和刺激较大,又易与空气中的二氧化碳生成盐,或吸收潮气泛白,必须进行改性。有时为了降低脂环族胺或芳香族的固化温度也采用改性的方法。改性多元胺一般

有些脂肪胺对人体毒害和刺激较大,又易与空气中的二氧化碳生成盐,或吸收潮气泛白,必须进行改性。有时为了降低脂环族胺或芳香族的固化温度也采用改性的方法。改性多元胺一般采用以下6种方法。

1环氧化合物加成多胺     由单或双环氧化合物和过量多胺反应制得。

2)迈克尔加成多胺(Michacl  reaction)由丙烯腈和多元胺进行加成反应制得。产物对环氧树脂有良好的相容性,并使固化反应变得缓和。

3)曼尼斯加成多胺(Mannich reaction)由多元胺和酚醛初期缩合反应制得。产物能在潮湿、低温条件下固化环氧树脂。

4)硫脲加成多胺  由硫脲和多元胺反应制得,产物活性基为疏基和胺基,所以能在很低温的温度下(5℃以下)固化环氧树脂。

5)酮类封闭多胺   由多元胺的胺基和酮类的羰基起脱水反应而封闭胺的活性,可制成潮湿面固化组成物。

6)胺类中加入固化促进剂

前面已叙述多元脂肪族胺能在室温(20℃以上)下固化制得性能良好的产物,这一应用特性促使土木建筑方面使用环氧胶黏剂及涂料。可是在低温(10℃以下)下环氧树脂的凝胶和固化非常缓慢,在5℃下有些固化剂根本不起固化反应,为了解决这类问题或使环氧树脂在室温下快速固化,目前均采用加入促进剂的方法。

7.2.4.1  环氧化合物加成多元胺

将过量的多元胺与单或双环氧化合物反应而制得胺加成物。

由于加成物的分子量增大,沸点和黏度也增高,因此对皮肤和黏膜的刺激性也减小,吸湿性下降;同时也改善了原有脂肪胺固化产物的脆性。

早期这类加成物采用过环氧乙烷或环氧丙烷和乙二胺反应制得,它们分别是N-2-羟乙基)乙二胺和N-2-羟丙基)乙二胺。由于由于反应派生出来的羟基没有很大的位阻,很易吸水使环氧组成物白化,固化速度很慢。例如用N-2-羟丙基)乙二胺铺成4mm厚的薄膜放在21℃相对湿度为66%的环境下,其吸水性从表7-11中可以看出是很大的。

      表7-11   N- 2-羟丙基)乙二胺的吸湿性

时间/h

5

10

20

30

40

50

100

150

质量增加/%

14.5

25

36.8

46.5

56

59.5

79.5

90

而使用单或双缩水甘油醚和脂肪族多元胺生成的加成物吸湿性大为下降。

目前工业化产品中有代表性的是二亚乙基三胺和丁基缩水甘油醚及低分子量环氧树脂和乙二胺的加成物。

7.2.4.2  #593固化剂

#593固化剂由二亚乙基三胺和环氧丙烷丁基醚加成反应制得的,

从上式的反应产物结构可以看到#593固化剂仍保留着伯胺、仲胺基,能在室温下和环氧树脂起固化反应;由于导入了环氧丙烷丁基醚减少了一个伯胺基又增长了分子量,所以和二亚乙基三胺相比它的活性有所下降,适用期有所延长,对湿气和空气中的二氧化碳敏感性有了明显下降,由于其分子呈长链状,固化产物的韧性也有明显增加。用#593及二亚乙基三胺配置成涂料的性能对比见表7-12,其制成浇铸件性能对比见表7-13.

表  7-12   #593及二亚乙基三胺配制成涂料的性能对比

  项目

配方1

配方2

配比(质量份)

E-44环氧

#501稀释剂

#593

二亚乙基三胺

DMP-30

100

30

24

2.4

基材

去绣除油碳钢

涂层厚度/μm

100~120

100~120

固化条件

10~20℃相对湿度80%~90%

固化时间/

涂层表现

涂层冲击强度

涂层弯曲强度

7

透明有光泽

通过490.5N·cm

通过1mm

7

白化光泽差

只通过294.3N·cm

只通过3mm

从表7-12  可以看出#593固化剂在高湿度下仍有良好的固化性,大大改善了二亚乙基三胺的吸潮白化的缺点,涂料的弯曲强度和冲击强度有明显的提高。

从表7-13中可以看出#593作为浇铸件其机械性能基本上保持了二亚乙基三胺的性能,但是冲击强度有了明显的提高,只是硬度稍有下降。

7-13  #593及二亚乙基三胺配制成浇铸件性能对比

        项目

配方1

配方2

配比(质量份)

E-41

#593

二亚乙基三胺

碳化硅

三氧化二铝

100

23

100

50

100

9

100

50

性能

压缩强度/MPa

拉伸强度/MPa

弯曲强度/MPa

冲击强度/J·cm-2

硬度HB

126.6

38.4

88.3

0.62

27.6

110

37.5

90

0.45

32

注:固化条件:20~25℃、24h+(80±2)℃、3h

使用#593固化剂和环氧树脂等配制后再防腐蚀、耐化学品涂料、浇铸件、湿法成型层压材料大量使用,已成为我国主要的改性环氧固化剂产品之一。

7.2.4.3迈克尔加成多元胺

胺的活泼氢对α β不饱和键能迅速起加成反应,该反应称为迈克尔反应(Michacl reaction.特别是丙烯腈的加成反应生成腈乙基化物(Cyanonethylation)在连续反应性,改善和环氧树脂的相容性方面均是有效的,典型的反应如下:

RNH2+CH2=CHCNRNHCH2CH2CN

有季戊四醇和丙烯腈的缩合物加氢后制得的3,9-双(3-胺丙基)-2,4,8,10-四氧螺【5.5】十一烷(简称为螺环二胺)是熔点为47~48℃的固体,室温下和环氧树脂不能混溶,加热混溶会影响组成物的使用寿命。螺环二胺与丙烯腈加成后变成了液体易与环氧树脂想混溶,又降低了反应活性,适用期也延长了随氰乙基化程度的增加,反应热随之下降,固化产物耐溶剂性得到改善,特别是耐氯化溶剂性能加强,但是固化物的电性能会降低。

从表7-14及表7-15示出了氰乙基化程度不同螺环二胺丙烯腈加成物的性能及固化特性。其中N-001氰乙基化程度高于N-002.

    表7-14 螺环二胺氰乙基化加成物品种及特性

品种

黏度/Pa·s

相对密度(20℃)

平均分子量

胺值

用量/phr

适用期(20℃)/min

20

30

50g

500g

N-001

N-002

2.9

2.0

1.4

1.01

1.09

1.10

330

300

340±15

370±15

40~70

30~60

200~220

160~180

130

70

        表7-15  螺环二胺氰乙基化加成物固化树脂性能

品种

用量/phr

固化条件

弯曲强度/MPa

弯曲模量/MPa

最大变形/min

拉伸强度/MPa

拉伸模量/MPa

N-001

N-002

三亚乙基四胺

聚酰胺胺值400

KOHmg/g

60

50

10

50

60/30min

室温14

室温14

120/2h

65/8h

116

12.4

9.15

12.6

9.58

2980

297

388

328

247

32.3

17.3

4.5

14.8

20.7

79.3

6.85

5.09

6.89

1000

107

273

237

;所用环氧树脂的规格同表7-14.

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