Амины — органические соединения с аминогруппой (−NH2, −NHR или −NR2). В полиуретановой отрасли их применяют как катализаторы реакции полиолов с изоцианатами, как отвердители для эпоксидных систем, как компоненты полимочевины. От выбора амина зависят скорость старта, профиль вспенивания, конечные свойства пены или покрытия.
Роль в системах ППУ
В рецептурах жёсткого ППУ аминовые катализаторы ускоряют:
- реакцию изоцианата с водой (реакция газообразования, выделение CO2);
- реакцию изоцианата с гидроксилом полиола (гелеобразование, набор прочности каркаса).
Баланс «газ / гель» задаёт время старта, время подъёма, время гелеобразования. Слишком сильный амин по газу — крупная ячейка, риск усадки. Слишком сильный по гелю — пена «встаёт» рано, плохо заполняет форму.
Типичный представитель третичных аминов в полиольном компоненте — диметилэтаноламин (ДМА). Наряду с оловоорганическими катализаторами амины входят в стандартный набор управления кинетикой.
Амины в покрытиях
В полимочевине амины (часто полиэфирамины) реагируют с изоцианатом почти мгновенно — отсюда короткое технологическое окно, необходимость аппарата высокого давления. В эпоксидных ЛКМ аминовые отвердители сшивают эпоксидную смолу: от типа амина зависят жизнеспособность, химическая стойкость, температура стеклования плёнки.
С аминовыми компонентами работают в вентиляции, с СИЗ: многие имеют резкий запах, раздражают слизистые. Дозировка — строго по рецептуре или ТУ системы.
На что смотреть технологу
- активность катализатора при рабочей температуре компонентов;
- совместимость с вспенивателем, ПАВ, антипиреном;
- влияние на запах готового изделия, миграцию, пожелтение;
- для покрытий — жизнеспособность смеси после смешения.
Ошибки дозировки аминов — частая причина брака по структуре ячейки ППУ или по непромесу полимочевины.
Классификация, получение и свойства аминов
В зависимости от числа атомов водорода, замещенных в аммиаке на углеводородные радикалы, различают первичные, вторичные и третичные амины:
- первичный амин: R – NH2
- вторичный амин: R – NH – R’
- третичный амин: R – N – R”
Где R, R’, R’’ – углеводородные радикалы.
Первичные, вторичные и третичные амины можно получить, проводя алкилирование (введение алкильного радикала) аммиака. При этом происходит постепенное замещение атомов водорода аммиака на радикалы, и образуется смесь аминов:
- NH3 + CH3I --- CH3NH2 + HI
- CH3NH2 + CH3I --- (CH3)2NH + HI
- (CH3)2NH + CH3I --- (CH3)2N + HI
Обычно в смеси аминов преобладает один из них в зависимости от соотношения исходных веществ.
Для получения вторичных и третичных аминов можно использовать реакцию аминов с галогеналкилами:
(CH3)2NH + C2H5Br --- (CH3)2NC2H5 + HBr
Амины можно получить восстановлением нитросоединений. Обычно нитросоединения подвергают каталитическому гидрированию водородом:
C2H5NO2 + 3H2 --- C2H5NH2 + 2H2O
Этот метод используется в промышленности для получения ароматических аминов.
Предельные амины. При обычных условиях метил амин CH3NH2, диметиламин (CH3)2NH, триметиламин (CH3)3N и этиламин C2H5NH2 – газы с запахом, напоминающим запах аммиака. Эти амины хорошо растворимы в воде. Более сложные амины – жидкости, высшие амины – твердые вещества.
Для аминов характерны реакции присоединения, в результате которых образуются алкиламиновые соли. Например, амины присоединяют галогеноводороды:
(CH3)2NH2 +HCl --- [(CH3)2NH3]Cl
хлорид этиламмония
(CH3)2NH + HBr --- [(CH3)2NH2]Br
бромид диметиламмония
(CH3)3N + HI --- [(CH3)3NH]I
иодид триметиламмония
Тритичные амины присоединяют галогенопроизводные углеводорода с образованием тетраалкиламмониевых солей, например:
(C2H5)3N + C2H5I --- [(C2H5)4N]I
Алкиламониевые соли растворимы в воде и в некоторых органических растворителях. При этом они диссоциируют на ионы:
[(C2H5)4N]I === [(C2H5)4N]+ + I-
В результате водные и неводные растворы этих солей проводят электрический ток. Химическая связь в алкиламмониевых соединениях ковалентная, образованная по донорно-акцепторному механизму:
