環(huán)氧固化劑胺類環(huán)氧樹脂固化劑胺值測(cè)定方法

1、胺類環(huán)氧樹脂固化劑胺值測(cè)定方法的探討   【摘 要】本文通過(guò)對(duì)胺值的各種測(cè)定方法的分析比較，指出由于目前用酸堿測(cè)定的改性胺的胺值是所含伯氨基、仲氨基和叔氨基的總胺值，而且沒(méi)有反映出它們之間的相對(duì)含量，所以無(wú)法計(jì)算活潑氫汪量及固化劑的理論用量。建議采用伯胺值、仲胺值和叔胺值來(lái)表征改性胺的氨基含量。這樣不僅能計(jì)算出改性胺固化劑的理論用量，而且依此還能準(zhǔn)確地控制改性胺合成的終點(diǎn)，保證改性胺生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。文中還介紹了伯胺值、仲胺值和叔胺值的測(cè)定方法，以及改性胺固化劑理論用量的計(jì)算公式。   【關(guān)鍵詞】胺值  胺值測(cè)定方法  改性胺 

2、;   前言    胺類固化劑是在環(huán)氧樹脂中應(yīng)用最多的固化劑。由于未經(jīng)改性的受類固化劑存在許多缺點(diǎn)，如有的揮發(fā)性及毒性大；有的與環(huán)氧樹脂相容性差；有的固化速度偏快；有的是固體，使用不便：有的易吸潮及CO2，固化物表皮發(fā)白；有的脆性偏大等，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用發(fā)展的需要。因此，國(guó)內(nèi)外不斷研制出大量各具特色的改性胺固化劑，以降低毒性和揮發(fā)性，調(diào)節(jié)固化速度及反應(yīng)熱；降低粘度或使之液化；改善浸潤(rùn)性、相容性或柔順性；提高強(qiáng)度及韌性；改善低溫、潮濕、水下或其它特殊條件下的固化性能等。改性胺已成為胺類固化劑的主要品種，并獲得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。 &

3、#160; 胺類固化劑改性的方法主要是化學(xué)改性，也有少量的物理改性。化學(xué)改性主要是利用胺類固化劑中的活潑氫（也可利用其它活潑基團(tuán)）與改性物進(jìn)行加成或縮合反應(yīng)，生成改性胺。   通常未改性的胺類固人陷于絕境睹陰各自固定的分子結(jié)構(gòu)，很容易求出其活潑氫當(dāng)量Eq（-H）。     從而可求出100份環(huán)氧樹脂中胺類固化劑的理論用量W胺。     胺類固化劑的最佳用量應(yīng)在理論用量附近，通過(guò)試驗(yàn)按固化物最佳使用性能來(lái)最后確定。   對(duì)于化學(xué)改性的胺類固化劑而言，由于合成時(shí)原料摩爾比的波動(dòng)，

4、或合成條件的波動(dòng)，或產(chǎn)物未經(jīng)提純等原因，通常工業(yè)級(jí)改性胺多為同系化合物的混合物（以下簡(jiǎn)稱混胺），沒(méi)有單一的化學(xué)結(jié)構(gòu)。此外，在改性胺的分子中往往同時(shí)含有不同數(shù)量的伯氨基和仲氨基，甚至還可能有叔氨基。所以，即使按廠家提供的胺值也無(wú)法算出胺的活潑氫當(dāng)量及胺類固化劑的理論用量。按照廠家提供的參考用量范圍選用，其理論依據(jù)不足，隨意性較大，成為環(huán)氧樹脂應(yīng)用中的一個(gè)困惑問(wèn)題。為什么無(wú)法按目前廠家提供的胺值計(jì)算出改性胺固化劑的理論用量呢？這與目前通用的胺類固化劑胺值測(cè)定方法有關(guān)。定量測(cè)定胺的廣泛很多，最常用的是酸堿滴定法。此外還可利用氨基的乙?；?、氧化、與羰基反應(yīng)生成西弗堿以及芳香胺的重氮化和亞硝化等方法來(lái)測(cè)

5、定。    1.酸堿滴定法（總胺值的測(cè)定方法）14    酸堿滴定法是目前測(cè)定胺類固化劑胺值的通用方法。胺類固化劑（伯胺、仲胺、叔胺）都是電子給予體，是堿性化合物，在兩性或酸性溶劑中呈堿性反應(yīng)。因此，可利用其堿性，用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定來(lái)測(cè)定其含量，通常采用的方法是：   1）鹽酸-乙醇（或異丙醇等）滴定法1，2此方法適用于堿性較大的脂肪胺，其原理為：     2）高氯酸一乙酸滴定法13對(duì)于芳香胺，改性胺等堿性較弱的胺，在醇溶液中滴定時(shí)，綹變色不敏銳，滴定誤差較大。采

6、用高氯酸-乙酸滴定法則可獲得更精確的結(jié)果，其原理為：     從上述酸堿滴定原理可知，所測(cè)出的是胺類固化劑中所含伯胺、仲胺和叔胺的總胺值。它沒(méi)有反映出所含的伯氨基、仲氨基和叔氨基的相對(duì)含量，因此，無(wú)法依據(jù)此胺值求出胺中的活潑氫當(dāng)量。顯然，若能分別測(cè)出混胺中的伯氨基、仲氨基和叔氨基的含量，就能求出混胺的活潑氫當(dāng)量及其理論用量。    2.伯氨基含量的測(cè)定方法1    用于定量測(cè)定伯胺的方法中，主要是基于伯氨基與羰基的反應(yīng)或胺與亞硝酸的反應(yīng)。   1）與羰基反應(yīng)的測(cè)定方

7、法   伯胺與醛或酮反應(yīng)生成西弗堿和水，而仲胺和叔胺不發(fā)生此反應(yīng)。測(cè)定生成的水量或所消耗的醛或酮的量，即可求出伯氨基的含量。     伯胺              醛            西弗堿（醛縮胺）水   常用的羰基化合物有：水楊醛、2-乙基已醛、苯甲醛、烯醇式戊二酮-

8、2，4等。   也可用甲醇鈉的吡啶標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過(guò)量的水楊醛，求出伯氨基耗用的水楊醛量，進(jìn)而算出伯氨基的含量。   也可將試樣溶解于乙酸和二惡烷混和溶劑后，用2-乙基已醛的二惡烷標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定。   2）亞硝酸法（范斯萊克法）伯胺（主要是脂肪胺）與亞硝酸反應(yīng)釋出氮，而仲胺和叔胺與亞硝酸反應(yīng)不釋出氮。測(cè)定生成的N2的體積，即可求出伯氨基含量。     3.叔氨基的測(cè)定方法1,4    在有伯胺、仲胺存在下，測(cè)定叔胺含量時(shí)，可先使伯胺及仲胺與乙酸酐反應(yīng)，生成乙?；a(chǎn)物，

9、以排除伯胺及仲胺的影響。     乙?；a(chǎn)物不顯堿性，不能被酸中和。而叔胺不能產(chǎn)生乙?；磻?yīng)，但它可以與乙酸反應(yīng)：     該產(chǎn)物可用高氯酸-乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，過(guò)量的乙酸酐無(wú)干擾，有時(shí)可使終點(diǎn)更為敏銳。     4.仲氨基的測(cè)定方法1，5    1）2-乙基已醛一二硫化碳法    伯胺及仲胺與CS2反應(yīng)生成氨荒酸：     但是伯胺與醛反應(yīng)生成的西弗堿不與CS2反應(yīng)，叔胺也不與

10、CS2反應(yīng)。因此可先使混胺與醛反應(yīng)后，再用CS2與之（仲胺）反應(yīng)生成氨荒酸，然后用堿（如0.5mol/L的NaOH）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，此時(shí)伯胺不起干擾。由測(cè)定仲胺所生成的氨荒酸含量，即可算出仲氨基的含量。   2）從酸堿滴定法測(cè)出的總減去伯氨基和叔氨基含量，也可得到仲氨基含量。   3）先測(cè)出仲氨基和叔氨基的合量，再減去叔氨基含量即得仲氨基含量。仲氨基和叔氨基合量的測(cè)定，可先使醛與混胺中的伯氨基反應(yīng)，然后再用鹽酸或高氯酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，即可測(cè)出仲氨基和叔氨基的合量。   4）先測(cè)出伯氨基和仲氨基的合量，再減去伯氨基含量，即可得到仲氨基的含量

11、。伯氨基和仲氨基合量可用乙酸酐一吡啶乙?；y(cè)得1，其中叔胺不起反應(yīng)。     測(cè)定水解后釋放出的乙酸量，或水解所需的水量，即可算出伯氨基和仲氨基的合量。    5.活潑氫當(dāng)量及混胺固化劑用量（理論值）的計(jì)算    1）定義及換算關(guān)系   （1）混胺的胺值   混胺的總胺值-lg混胺中所含伯氨基、仲氨基和叔氨基的物質(zhì)的量的總和，單位為mol/g。相當(dāng)于中和1g混胺所需標(biāo)準(zhǔn)酸的物質(zhì)的量，單位為mol/g。（為了方便計(jì)算，不推薦采用通常用的胺值單位mgKOH/

12、g）。      （2）混胺的氨基當(dāng)量        （3）胺的活潑氫當(dāng)量        2）混胺固化劑用量的計(jì)算：按等物質(zhì)的量的原則計(jì)算。   1g混胺中伯氨基耗用環(huán)氧樹脂的量           6.結(jié)論與建議    1）建議采用伯胺值、仲胺值和叔胺值來(lái)表

13、征混胺的氨基含量。這樣：   （1）可依此計(jì)算出混胺固化劑的理論用量，為配比設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。   （2）可依此準(zhǔn)確地控制混胺合成的終點(diǎn)，保證混胺生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。   2）推薦用下列方法測(cè)定伯胺值、仲胺值和叔胺值：   （1）用乙酸酐一高氯酸法測(cè)定叔胺值。   （2）用水楊醛一高氯酸法測(cè)定仲胺和叔胺的合量，減去叔胺值，即可求出仲胺值。   （3）用水楊醛一甲醇鈉法測(cè)定伯胺值。 參 考 文 獻(xiàn)    1張志賢，張瑞鎬.有機(jī)官能團(tuán)定量分析.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990   2孫謹(jǐn)，吳