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)改性的胺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,并獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。
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,通過試驗(yàn)按固化物最佳使用性能來最后確定。
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),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)困惑問題。為什么無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酰化、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測(cè)定。
1.酸堿滴定法(總胺值的測(cè)定方法)[1~4]

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[1~3]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




也可用甲醇鈉的吡啶標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的水楊醛,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),生成乙酰化產(chǎn)物,以排除伯胺及仲胺的影響。

乙酰化產(chǎn)物不顯堿性,不能被酸中和。而叔胺不能產(chǎn)生乙酰化反應(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,過量的乙酸酐無干擾,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。伯氨基和仲氨基合量可用乙酸酐一吡啶乙酰化法測(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/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、仲胺值和叔胺值來表征混胺的氨基含量。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。