含癸二酰胺的共聚酰胺固化剂的合成及性能

氧 固化剂 市 场 用 量 的 ４０％ 以上 。 国 内二 聚 酸 的研 制工 作起 步 于上 世 纪 ７０年 代 ，对 二 聚 酸 聚酰 胺 固 化剂 的研 究落后 于 国外 水平 。近 年来 ，随着 油脂 工 业 的发展 ，二 聚酸 聚酰胺 固化剂 的研究 逐渐 成为 热 点 。
国外 固化 剂 的改进研 究 多集 中采用 不 同胺 合成 固化剂 和 水 性 固 化 剂 的研 究 方 面 ，对 短 链 酸 改性 合成 固化 剂 的研究 较少 ，本研 究 以二 聚酸 、癸
（南京 工 业 大 学 理 学 院 ，江 苏 南 京 ２１０００９）
摘 要 ：用癸二酸和二聚酸与多胺共缩聚合成 了含 癸二 酰胺 的共 聚酰胺 固化 剂 ，研究 了癸二酸加 入量 对合成 固 化剂胺值 、粘度的影响 ，及对 固化剂与环氧树脂 Ｅ一４４混合体 系力学 性能 的影响 。加入 癸二 酸后 ，树脂 粘度有 大幅度的下降 ，但 癸二酸的加入量超过 ５％以后 ，合成的共聚酰胺 固化剂粘度逐渐增加 ；产物 的胺值 与 Ｅ一４４的 固化体系的固化度 、拉伸强度和剪切强度都 随癸二 酸加入 量的提 高而提 高。其凝胶 时间缩短 ，比较发 现 ，当癸 二酸加入量为二聚酸加入量 的 ２０％时 ，与 四乙烯 五胺合成 的固化 剂各方 面性 能较好 ，其 体系 的粘 度为二 聚酸性 聚酰胺的 ８０％左右 。在酸组分不变 的情况下 ，混合体 系的裂解 温度 随胺 分子质量的增加而下降 ，失重率则相反 。 关 键 词 ：二 聚 酸 ；癸 二 酸 ；聚 酰 胺 ； 固化 剂 ；环 氧 树 脂 中图 分 类 号 ：ＴＱ３２３．５；ＴＱ３２３．６文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００２—７４３２（２００７）０５—００１１—０４
况下 ，树脂 的粘 度 随着 胺 分 子 质 量 的上 升 而 下 降 ，
（Ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏ ｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｏｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｄｉｍｅｒ ａｃｉｄ，ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ，ａｎｄ ｐｏｌｙａｍｉｎｅｓ．Ｔｈｅ ｅｆ－ ｆｅｃｔ ｏｆ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ ｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｍ ｉｎｅ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｃｕｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｉｔ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍ ａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ ｔｈｅ ｖｉｓ— ｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｂｕｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｙ ｗ ｈｅｎ ｔｈｅ ｍ ａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ ｗａｓ ｍ ｏｒｅ ｔｈａｎ ５％ ： ａｍ ｉｎｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ， ｔｅｎｓｉｌｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎｓ ｃｕｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｉｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｕｔ ｉｔｓ ｇｅｌ ｔｉｍ ｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｂｙ ｃｏｍ ｐａｒｉｓｏｎ， ｔｈｅ ｐｏｌｙａｍ ｉｄｅ ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｗ ｉｔｈ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒ— ｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｅｖｅｒｙ ａｓ ｐｅｃｔ ｗａｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ ｗａｓ ２０ ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ ｔｈａｔ ｏｆ ｄｉｍｅｒ ａｃｉｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ Ｗａｓ ａｂｏｕｔ ８０％ ｏｆ ｔｈａｔ ｏｆ ｄｉｍｅｒ ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙａｍｉｄｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｃｉｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ａｓ ｔｈｅ ｍ ｏｌｅｃｕｌｅ ｍ ａｓｓ ｏｆ ｐｏｌｙａｍ ｉｎｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｉｎｇ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｉｍｅｒ ａｃｉｄ；ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ； ｐｏｌｙａｍ ｉｄｅ；ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ； ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎｓ
０ 引 言 环 氧树 脂 的 固化 物具有 体 型 网状 结 构 ，具 有 空
间交联点 分散 、无 序 区多 的特点 ，因此 耐热 、耐 冲 击 ，是高 分子工 业 重要用 途 的功 能材料 ¨ 。 目前 环 氧 固化剂 的 品种 主要有脂 肪 胺 、芳香 胺 、酸酐 、酚 醛树脂 、二 聚 酸 聚酰 胺 类 等。 二 聚 酸 分 子 含 有 ３６ 个碳 原子 ，是 主链 最长 的二元 羧 酸 ，同时含 有 ２个 大 的支链 ，由其 制 备 的二 聚 酸 聚 酰胺 环 氧 固化 剂 ， 除具 有普 通 固化剂 的共 同特 点外 ，还具 有低 温 性能 好 、柔软 、质 轻 、吸水率 低 、成 型稳定 、清 洁及 可 生物降解的优点。国外于 ２０世纪 ８０年代末 已开始 逐步用 于防腐 、电子 电气 、土 木建筑 、涂料 、绝 缘 、电子 封装 、胶粘 剂 、模 塑 等 的制造 “ ，占环
２．２ 癸 二 酸 加 入 量 对 粘 度 的 影 响
粘度是 固化 剂 的主要指 标 ，讨论 了癸二 酸加 入
量 对 合成 固化剂粘 度 的影 响。
从 图 １可以看出，胺不同 ，酸胺 比例相同的情
注 ：１．固化 剂 胺 组 分 为 ＴＥＰＡ；２．基 于 二 聚 酸 ， Ｆ同 。
１．４ 表征 方 法 １．４．１ 性 能测定
１４０℃条件 下 ，再按 配 比将 定 量 的多胺 缓慢 滴 人烧 瓶 中 ，并 在 此 温 度 恒 温 ２ ｈ；然后 升 温 至 ２００℃ ， 搅 拌 反应 ３ ｈ；最后 在 ０．６７—１．３３ ｋＰａ下反 应 １ ｈ， 冷却 、放料 ，得 到二 聚酸 聚酰胺 环氧 固化 剂 。
然后 ，以少量 丙酮作 为溶剂 ，按 表 １的配料 比 将此 固化 剂 与环 氧 树脂 Ｅ一４４混 合 、在 超 声 清 洗 器 中震荡 除泡 ３０ ｍｉｎ后涂 于清 洁 、干燥 的模 具上 ， 室温 固化 １ ｄ，６０℃下 固化 ３ ｈ，备 用 。
１ 实验部 分
２ 结果 与讨论
１．１ 实验 原料
２．１ 癸二 酸加 入量 对胺值 的 影响
二聚 酸 ，工 业 级 ，江 苏 永 林 油 脂 化 工 有 限 公
胺 值是 固化 剂用量 的 主要参 考依 据 。在 二聚 酸
司 ；癸二 酸 、二 乙 烯 三 胺 （ＤＥＴＡ）、三 乙 烯 四胺 聚酰胺 固化剂 中，胺值反映了树脂 中伯胺 、仲胺及
Ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｃｏｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ ｕｓｉｎ ｇ ｄｉｍｅｒ ａｃｉｄ ａｎｄ ｓｅｂａｃｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎｓ ｃｕｒｅｄ ｕ ｓｉｎ ｇ ｉｔ
ＳＩ Ｎａｎ。Ｗ ＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｈｕｉ，ＹＡＯ Ｃｈｅｎｇ
【收稿 日期 】２００７—０４—０９；【修回 日期 】２００７—０６—１３ 【作者简介 】司南 （１９８２一 ），男 ，甘肃临洮人 ，硕士研究生，目前主 要从事聚酰胺环氧树脂 固化剂的研究 ，Ｅｍａｉｌ：ｋｅｎ—ｓｎ００１＠１６３，ｃｏｍ。 ＊通 讯 联 系 人
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热 固 性 树 脂
第 ２２卷
二 酸 为 酸 组 分 ，与 二 乙烯 三 胺 （ＤＥＴＡ）、三 乙烯 ＳＤＴ Ｑ６００型 ＴＧ—ＤＳＣ联用 仪 。
四胺 （ＴＥＴＡ）、四乙烯 五胺 （ＴＥＰＡ）共 缩 聚 ，合 １．４．３ 力学 强度 测试
成 了二 聚酸 酰胺环 氧 固化 剂 ，考察 了合成 原料 、配
胺 值 ：按 ＧＢ／Ｔ ９７３６－ １９８８测 定 ；粘 度 ：按 ＧＢ／Ｔ ２７９４— １９９５测定 ，测定仪 器：旋 转粘度计 ； 凝胶时间 ：按 ＧＢ ７１９３．６—１９８７测定 ；干燥时 间： 按 ＧＢ／Ｔ １７２８－ １９７９ 测 定 ； 固 化 度 ： 按 ＧＢ／Ｔ ２５７６－２００５测定 。 １．４．２ ＴＧ—ＤＳＣ测试 条件
（ＴＥＴＡ）、 四乙烯 五胺 （ＴＥＰＡ），均 为 ＡＲ级 ，国 酰胺 基 团 的总 含 量 ｎ 。讨 论 了癸 二 酸加 入 量 对 树
药集 团化 学试 剂有 限公司 ；环氧 树脂 Ｅ一４４，工业 级 ，江苏 省无锡 树脂 厂 。 １．２ 原料 配 比
以癸二 酸和 二聚酸 为酸 组分 ，改变 酸组分 配 比 （癸二 酸加入 量分 别为 ０，５，１０，１５，２０份 ，二 聚
升温速 度 １０％／ｍｉｎ，气 氛为 氮气 ，测试 仪 器 ：
６
了 ５
２
１
０
５
ｌ０
ｌ５
２０
癸 二 酸加 入 量，％
图 ２ 癸二酸加入量对粘度的影晌
Ｆｉｇ．２ 日 ｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉ￣ ｏｆ ｓｅｂａｃｉｃ
ａｃｉｄ０ｎ ｖｉｓｅｏｓｉ￣ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ
表 １ 固 化 剂 和 Ｅ一４４配 料 比’ Ｔａｂ．１ Ｐｒｏｐｏｒｔｉ０ｎ ｏｆ ｃｕｒ ａｇｅｎ￣ ａｎｄ Ｅ～４４
癸 二 酸 加 人 量 ，％
图 １ 癸 二酸 加 入 量 不 同对 胺 值 的影 响
Ｆｉｇ．１ Ｅｆｅｃｔ ｏｆｔｈｅ ｍａｓｓｆｒａｃｔｊＯｎ ｏｆ Ｓｅｂａｃｊｃ ａｃｉｄ ０ｎ ｔｈｅ ｖａＩＬ．ｅ ｏｆ ａｒｎｉ￣
剪 切 强 度 、拉 伸 强 度 ：按 ＧＢ／Ｔ ７１２４－ １９８６、
比对 固化剂 粘度 、胺值 的影 响 ，并 考察 了该 固化剂 ＧＢ／Ｔ ６３２９－ １９９６分 别 测 定 ，测 定 仪 器 ：ＷＤＴ～
在 与环氧 树脂 Ｅ一４４固化 反应 中的性 能 。
２０００型万能 材料试 验 机 。
脂胺 值 大小 的影 响。
４４０ ∞ 。 ４００
３６０
量 ３２０ 、 ＾ ２８０
酸 １００份 （质量 ）），改 变胺 组 分 ，在 相 同 的 酸胺 物
质的量 比 （１：３）下合成了二聚酸聚酰胺固化剂 。 １．３ 制备方 法
室 温下 ，向 四 口圆底 烧瓶 中加入 一定 量 的二 聚 酸和 癸 二 酸 ，通 人 Ｎ，，升 温 搅 拌 至 全 溶 解 ；在
从 图 １可 以看 出 ，胺 不变 的条件 下 ，胺 值 随癸 二酸加 入 量 的增 加 而上 升 ，以 ＤＥＴＡ 为胺 组 分 的 化合 物为例 ，不 含癸二 酸 时 ，其 胺值 仅 有 １３０， 当 癸 二 酸加入 量至 ２０％时 ，已上 升至 ２２０。从 理论上 讲 ，癸二酸和二聚酸之间的质量变化 ，并未影响整 体的酸胺 比例，如果缩合度不变 ，其合成产物胺值 应 该相 近 ，但 是 实 际产 物 的胺 值增 加 ，因此 推 断 ， 引起 胺值 增加 的原 因可 能是癸 二酸加 入后 ，树 脂 的 聚合度减小，未反应 的氨基含量增加使胺值上升的 缘 故 。
第 ２２卷第 ５期 ２００７年 ９月
Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．５ Ｓｅｐ． ２００７
热 固 性 树 脂
Ｔｈｅｒｍ ｏｓｅｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｎ
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含 癸 二 酰胺 的 共 聚 酰 胺 固化 剂 的合 成 及 性 能
司 南 ，ห้องสมุดไป่ตู้王 小 辉 ， 姚 成