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佛尔酮二胺(IPDA)的改性和应用
 环氧树脂是含有两个或两个以上环氧基的热固性树脂,由于环氧树脂具有良好的化学稳定性,电器绝缘性,耐腐蚀性,粘接性及较高的机械强度,并与固化剂,改性剂以及各种添加剂等通过科学的配合,能组成的配方变化多样,所以它能够解决各种实际应用课题,在涂料、化工防腐、胶粘剂、电子电器绝缘材料等领域获得了广泛的应用,随着现代工业的发展,对清洁生产的要求越来越高,各领域装饰性要求也得到越来越多的关注,一些具有使用方便,性能优,装饰功能强、绝缘性好的胺类固化剂也得到了越来越多的开发和使用。

   常用的胺类固化剂包括直链脂肪胺,聚酰胺,脂环胺,芳香胺等,而其中脂环胺由于具有低色泽、低粘度、高强度、耐候性、耐化学性能好等特点,得到广泛应用,特别在电子灌封、环氧树脂地坪,饰品等领域。随着脂环胺异佛尔酮二胺(IPDA)原料的相对容易取得,价格的下调,使得国内该领域用量不断增加,对脂环胺类固化剂的需求越来越大,对其改性脂环胺类固化剂的进口量也越来越大,如:美国气体化学的ANC1618,日本三和I-544,台湾ACR产H-3895等。根据市场的发展和需要,我们无锡树脂厂研究所自2000年起展开了对脂环胺异佛尔酮二胺的改性研发工作。现已向市场推出如下产品见表1。

 

1.异佛尔酮二胺(IPDA)的物化性能和生产厂家

1.1 IPDA的物化性能[1]

   分子式:C10H22N2

   比 重:0.92-0.95

   胺当量:85.1

   活泼氢当量:42.5

   粘度(20℃):18cp.s

   沸点℃(760mm):247

   IPDA是一种低色泽(<1号,加德纳法=低粘度、比直链脂肪族多胺具有更好的耐热性、耐候性的脂环胺二胺,一个胺基通过甲基连接在脂环上,另一个直接接在脂环上,降低了胺基的反应活性,常温下与环氧反应迟缓,一般通过改性获得良好的耐水渍性、耐油面性和耐化学性的,低黏度,常温下固化的无溶剂高光泽固化剂[2]。具有与环氧树脂树脂相容性好,收缩率小的特性,广泛应用民用工程和装饰性涂料。

1.2 生产厂家:

   目前国外生产IPDA的厂家主要有德国BASF、DEGGSUA,美国杜邦。国内此固化剂目前主要依靠进口。

2.试验部分

2.1 异佛尔酮二胺(IPDA)的改性途径

   IPDA与环氧常温反应迟缓,需加热固化,且常温下与环氧树脂固化时容易受环境湿度影响,吸收空气中水分,与CO2形成碳酸盐,在潮湿环境中会使涂层表面发汗浑浊不透明,所以一般都不直接使用,往往改性后方能使用[2]。

2.1.1 路易斯酸促进反应

   路易斯酸促进作用受酸的PKa支配,促进作用的大小顺序如下:

   酸>酚>醇类>腈>硝基苯

   不同的有机酸对胺固化剂与环氧树脂的反应速度影响如下:

   对甲苯磺酸>水杨酸>苯甲酸>草酸>邻苯二甲酸

   在改性IPDA过程中,常采用促进作用大的有机酸、酚、醇类化合物。如水杨酸、苯甲酸、苯酚、壬基酚、苯甲醇等。

2.1.2 含有环氧基的化合物或树脂进行加成反应,胺部分活泼氢与环氧基反应后,生成的加成物分子质量增大,游离胺减少,极性降低,与环氧树脂交联后,固化物表面透明度高,环境影响程度减小。

2.1.3与其它固化剂混合,制成配方型改性固化剂。

   为了与环氧树脂固化时取得最佳的固化工艺条件,同时满足不同的使用条件(不同的环境温度、湿度、使用场合),需要开发出不同固化历程的固化剂。运用不同品种胺来进行配方设计,提高固化剂的使用性能是环氧树脂应用性能是环氧树脂应用技术的一个发展方向。

2.2 原料

   异佛尔酮二胺,德国BASF;水杨酸,丹徒化肥厂;苯甲醇,南昌市兴赣科技有限公司;DEK-A,美国杜邦;环氧树脂,无锡树脂厂0164。

2.3 异佛尔酮二胺(IPDA)的改性试验

2.3.1 加促进剂进行改性。

   极性较强的醇和酸对IPDA的固化速度有明显的促进作用,为得到低色泽的改性固化剂,常用高纯度、低色泽的醇和酸来改性,如升华级水杨酸、苯甲醇等,其中酸的促进作用最大,苯甲醇可以同时作为固化剂的稀释剂,以100份IPDA为基准,加入100份苯甲醇和水杨酸的混合物(不同比例量的水杨酸),得到改性的IPDA固化剂,用它固化环氧树脂.随着水杨酸加入量的增加,混合物料的凝胶时间明显缩短。我们可以根据实际使用所需的固化剂的凝胶时间来设计固化剂配方。

2.3.2 与环氧加成反应进行改性。

   用环氧树脂来改性IPDA固化剂,可以得到粘合性能极好的涂料,改善耐湿性能,耐白化性能,降低胺固化剂的结晶倾向;但反应活性有限,不加促进剂在室温下固化时,固化只能进行到B-阶阶段,且加成物的黏度较大;要想更快固化,并使产品有较低的黏度,我们用水杨酸作促进剂,苯甲醇作稀释剂来获得最佳效果的IPDA改性固化剂。使之与水的混溶性更差,抗湿气能力更强。以100份IPDA为基准,不同的改性配方固化剂体系的黏度,水混溶性情况如表2。

 

    从表2.中可以看出,用环氧树脂来改性IPDA固化剂的体系中,随着树脂量的增加,固化剂与水的混溶性下降,抗湿性增强。加入水杨酸,苯甲醇后,粘度更低,可操作性强,具有更好的耐水渍性、耐油面性。

2.3.3 与其它固化剂混合后改性

   为了提搞IPDA固化速度,并使产品具有较好的韧性,我们把IPDA和DEK-A按一定的比例混合,由于DEK-A是莲状结构,能提供比IPDA更好的柔韧性、更快的固化速度。以100份不同比例的IPDA和DEK-A为基准,加入8份水杨酸,92份苯甲醇,40份0164环氧树脂混合40-50℃搅拌2小时后,用它固化环氧树脂,可以看出,DEA-K提供了固化体系快的反应速度,随着DEK-A量的增加,体系凝胶时间缩短,说明反应速度加快。同时混合后改性的固化剂黏度,水混溶性情况如表3



   由表2和表3可知,加入DEK-A后,得到的固化剂体系黏度明显下降,可操作性增强,用配方八得到的固化剂更能适用于潮湿、低温环境。

3.改性IPDA固化剂的应用

   根据不同的场合,使用不同配方的改性固化剂。如:3.1 配方四得到的改性固化剂具有良好的抗冲击性,耐化学性,高光泽,高填充性,可用于极柱胶,无溶剂地坪涂料及浇铸,粘接等。

   3.2 配方五得到的改性固化剂具有高光泽、颜色佳、固化漆膜特别透明及柔和良好的颜色稳定性、耐候性、耐化学性能。可用于无溶剂高固型涂漆。,自流平和水晶面涂,装饰地坪材料。

   3.3 配方夜得到的改性固化剂具有良好的低温使用性能、更好的韧性、突出的机械和电气性能,优越的抗化学性能。

   可用作电子的密封材料,装饰涂料,低温环境下的自流平。

   它们与环氧树脂固化后特性如表4.



4.结论

   4.1 不加促进剂,用环氧树脂改性的IPDA固化剂随着树脂量的增加,黏度快速上升。

   4.2 IPDA中加入水杨酸,苯甲醇后,改性固化剂能在常温下固化,通过调节水杨酸的加入量,可调节固化体系的凝胶时间。

   4.3 在加有促进剂的固化剂中继续加环氧树脂改性,改性固化剂的水混溶性进一步下降,抗湿性增强。

   4.4 与DEK-A混合后改性,得到的改性固化剂可用于低温、潮湿环境。

   4.5 改性的IPDA固化剂能在常温下固化,可广泛用于地坪涂料、装饰胶、电子灌封、粘接等。

参 考 文 献

[1]环氧树脂固化剂异佛尔酮二胺(IPDA)简介DU PONT

[2]涂料工艺编委会编.涂料工艺(第三版)化学工业出版社,646

[3]孙曼灵主编.环氧树脂应用原理与技术.机械工业出版社,133-135

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