双氰胺是一种被广泛应用且具有优良潜伏性能的环氧树脂固化剂,但其应用的最大缺点是固化温度过高(单独用双氰胺作环氧树脂固化剂时,其固化温度高达150~170℃),因而不能适应许多成型的生产工艺要求。国内外已有一些对双氰胺改性以降低其固化温度的报道,所采取的主要途径为寻找一种有效的促进剂,在不太影响双氰胺适用期和使用性能的前提下,降低其固化温度。本文采用对甲苯胺改性双氰胺的方法,在双氰胺分子中引入活性的胺类基团,制备了一种新型的双氰胺衍生物,对其合成工艺条件进行了研究,同时初步研究了其对环氧树脂的固化。
1 实验部分 1.1 主要原料 二氰二胺(双氰胺),化学纯,中国医药集团上海化学试剂厂;对甲苯胺,分析纯,中国高新化工试剂厂(上海)。 1.2 分析与测试 熔点用提勒管在液体石蜡中测定(温度计未校正); 红外光谱用Nicolet Avata 370型FT-IR光谱仪测定,KBr压片; 氢核磁共振谱(HNMR)用美国Varian Mercury3000型核磁共振仪测定,以氘代水为溶剂,TMS为内标; 固化实验测试,将合成所得的固化剂研磨过筛(200目),与环氧树脂E-44按一定配比混合均匀后,在不同的温度下,测定其固化所用的时间。 1.3 对甲苯胺对双氰胺衍生物的合成 在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口烧瓶中,按一定的比例加入双氰胺和对甲苯胺,以及一定量的盐酸,升温、搅拌,控制温度在一定范围内反应。反应一定时间后,可观察到固体物出现。继续搅拌并加热一段时间后,停止反应,冷却沉淀,经过抽滤、水洗、干燥,得到白色粉末状固体。 2 结果与讨论 2.1 反应温度的影响 反应中以水为介质,因此在回流下进行的反应温度不应低于100℃。可是实验中发现,当温度为90℃,甚至80℃下无回流时进行反应,反应结果也没有太大的变化,这说明该反应对温度的控制要求不高。 2.2 盐酸用量的影响 反应中盐酸与对甲苯胺反应的物质的量比为1:1,实际反应中控制盐酸的量略高于此值,在1.05~1.10倍的范围内。实验结果表明,当盐酸与对甲苯胺的物质的量比低于此值时,反应体系变浑浊(有新物质产生)的时间将会延长,同时产物的颜色偏黄。 2.3 反应时间的影响 在反应进行过程中,一般在35~40 min后,反应体系变浑浊,控制不同的反应时间,结果如表1所示。
由表1可看出,增加反应时间可以使反应的产率略有提高,但是随着反应时间的延长,产物的颜色有变深的趋势,同时熔点测定结果也表明这种颜色较深的产物熔程较宽,说明反应中有副反应发生。综合以上实验结果,我们认为反应时间控制在2.5~4.0 h较为合适。
2.7 固化实验结果 合成所得的固化剂与环氧树脂E一44以1:5的质量比配制成单组分胶粘剂,室温下有30 d以上的贮存期,一定温度下的固化实验结果为:100℃,固化时间100 min;l1O℃ ,固化时间8O min . 3 结语 采用一种芳香族伯胺(对甲苯胺)对双氰胺进行改性,合成了一种改性的双氰胺衍生物。该双氰胺衍生物具有较高的反应活性,其与环氧树脂配制成的单组分胶粘剂的固化温度显著降低,而且具有一定的贮存稳定性。 |
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