环氧树脂是一类应用范围广的热固性材料,被广泛地应用于涂料和胶粘剂领域。环氧树脂由线性低聚物转变成体型结构必须通过固化剂来完成。常用的环氧树脂固化剂种类很多,在环氧涂料中,常用的固化剂是胺类固化剂,这类固化剂固化速度快、固化温度低。但这类固化剂毒性较大,给涂料施工带来困难。针对脂肪胺和芳香胺存在的毒性问题,通过加成或缩合反应,对原有胺固化剂进行改性使其分子量增大,挥发性大大降低,可成为低毒或无毒固化剂,另外由于改性胺固化剂分子中引入了新的分子结构,可以不同程度地改善固化剂的工艺性和固化物的性能。本论文主要讨论利用Mannich反应制备环氧树脂改性胺固化剂。

1利用Mannich反应制备胺固化的原理下列通式表示:

       式中RNH2可为伯胺、仲胺或氨,如乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、尿素、多烯多胺、间苯二甲胺、间苯二胺、苯胺等多元胺、长链脂肪胺或它们的混合物;R’-CH=0为甲醛、对 、羟基苯甲醛或其他醛:

       为含一个或多个活泼氢的化合物,主要为苯酚、辛基粉、壬基酚、甲酚等烷基酚或它们的混合物。 产物为Mannieh碱,实为多种成分的混合物。

       从上述反应可以看出,根据胺、酚、醛的种类不同、反应物配比不同、工艺路线不同,反应条件不同、反应终点控制不同,可以制造一系列不同性能的改性胺固化剂,也可按实际需要生产专用固化剂。

2实验部分

2.1药品和主要仪器

       电加热套、三口烧瓶(250mL)、滴液漏斗(100mL)、冷凝管、温度计(200℃)、克氏蒸馏烧瓶、水银压力计、水泵等。
环氧树脂(E一51)、二乙烯三胺(D研-A)、苯酚、37%甲醛溶液等。

2.2合成实验

       先称取苯酚,然后加入三口烧瓶中,加热使之熔解,再称取一定量的二乙烯三胺,待到苯酚溶解后加入,升温并不断搅拌,当温度升高到80℃左右时,开始滴加甲醛溶液,控制滴加速度,一般滴加2~3h为宜,滴加甲醛后,升温至100~104℃进行回流2~4h。反应结束后,进行减压蒸馏,真空度控制在10132 Pa,温度控制在75~C,蒸馏完毕,获得产品。3结果与讨论3.1原料配比对游离酚含量的影响 原料配比对游离酚含量的影响见表1。

       由表l中数据可知,不同原料配比,游离酚含量不同。随着配比中胺含量的增多产物中游离酚含量增多。但一般情况下,进行Mannich反应都需要胺稍微过量,使反应能够进行完全。所以选用醛:酚:胺=1.0:1.2:1.5。

3.2回流时间的影响

       由表l数据可知,采用不同回流时间,产物中游离酚含量不同,时间越长,游离酚含量越少,回流时间一般控制在2~4h即可,反应时间不能太长,时间太长,反应产物还会继续发生交联,形成更大的分子,增加产物粘度,不宜流动,操作不便;但回流时间也不能太短,否则反应不完全,产物中游离胺,游离酚含量太多,不利于固化。

3.3固化剂对环氧树脂固化的红外光谱分析

       用以上所合成的固化剂固化环氧村脂(E-51)。

       从红外光谱图(略)可以看出,在1000—900cm-1处没有吸收峰,即环氧基的吸收已经消失,说明该固化剂完全参加反应,固化完全。4结语 综上所述,本文讨论了利用Mannich反应制备环氧树脂的改性胺固化剂的反应原理及制备工艺,并讨论了原料配比和回流时间对反应结果的影响,并对该固化剂对环氧树脂的固化物进行了红外光谱分析,达到了满意的效果。