CN102617364A - 羟甲基二胺类化合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由下述通式(I)表示的羟甲基二胺类化合物；其中，X为甲基取代的或乙基取代的C1-C6直链烷基；n为0、1、2或3。本发明还公开了上述化合物的制备方法和应用。本发明化合物具有固化、扩链作用，同时可以作为合成尼龙的原料。
Description
技术领域
本发明属于化学化工、材料助剂技术领域，具体涉及羟甲基二胺类化合物及其制备方法与应用。
背景技术
固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是通过添加固化剂来完成的。
根据固化所需的温度不同可分为加热固化剂和室温固化剂两类。如果根据化学结构类型的不同，又可分为胺类固化剂、酸酐类固化剂、咪唑类固化剂、树脂类固化剂及潜伏性固化剂等。按照固化剂的物态不同可分为液体固化剂和固体固化剂两类。
其中常用的一类胺硬化剂，其硬化速度快，而且黏度也低，使用方便，但硬化剂本身的毒性较大，易升华且常具有刺激的臭味。胺类硬化剂包括；脂肪族胺类、芳香族胺类和胺的衍生物等。胺本身可以看作是氮的烷基取代物，氨分子(NH3)中三个氢可逐步地被烷基取代，生成三种不同的胺。即：伯胺(RNH2)、仲胺(R2NH)和叔胺(R3N)。由于胺的种类不同，其硬化作用也不同。
(1)伯胺和仲胺的作用：含有活泼氢原子的伯胺及仲胺与环氧树脂中的环氧基作用。使环氧基开环生成羟基，生成的羟基再与环氧基起醚化反应，最后生成网状或体型聚合物。
(2)叔胺的作用与伯胺、仲胺不同，它只进行催化开环，环氧树脂的环氧基被叔胺开环变成阴离子，这个阴离子又能打开一个新的环氧基环，继续反应下去，最后生成网状或体型结构的大分子。
其中，脂肪族多胺固化物粘接性以及耐碱、耐水性均优良。芳香族多胺在耐药品性方面也是优良的。由于氨基的氮元素与金属形成氢键，因而具有优良的防锈效果。胺质量浓度愈高，防锈效果愈好。
胺类固化剂作为材料助剂也可以作为扩链剂使用，使聚合物主链增长，扩链是合成嵌段共聚物的重要方法。二胺类化合物也常为合成尼龙的重要原料，如己二胺，2-甲基-1，5-戊二胺等均可以与二酸化合物聚合制备成尼龙。
目前普遍使用的脂肪二胺属于通用型低温固化剂，近年来专利报道使用较多的主要有1，2-环己二胺、2-甲基戊二胺和1，3-戊二胺。它们作为环氧涂料的固化剂可使涂料坚固而且有光泽，同时还具有耐化学腐蚀等性能，明显改善涂料的固化性能，其原因就在于它们的结构中活泼氢当量较高。但该类固化剂有一定的蒸汽压，有臭味及刺激性，而且普遍毒性较大，并且其调配的环氧体系放热量大，使用期短、固化物脆硬。对其改性方法主要有多元胺的羟基化、多元胺的酮亚胺化、多元胺的氯乙基化和多元胺与丙烯酸酯类的加成等。
然而二胺类化合物作为材料助剂虽然品种较多，但也存在一定的问题，人们希望得到一些新的具有较高活性的二胺类化合物可以具有固化或扩链作用，或是可以用其作为制备高性能尼龙的原料。
胺类固化剂的作用机理主要是通过N上的活性H催化环氧树脂开环、聚合后产生固化效果，因此曾经有人采用碱性氨基酸，如赖氨酸，的确能够很好的避免胺类的不良气味，但固化效果较差，原因主要是氨基酸的COOH和NH2产生分子内氢键，使H活性减低，但如果将羧酸还原成羟甲基，活性H增加，戊二胺的不良气味得到屏蔽，同时毒性也大大降低。
因此，开发出一类羟甲基二胺类化合物作为固化剂，同时该类二胺化合物可以作为扩链剂及生产尼龙的原料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一类可以作为材料助剂的羟甲基二胺类化合物。
本发明还要解决的另一个技术问题是提供上述化合物的制备方法。
本发明最后要解决的一个技术问题是提供上述化合物在固化、扩链及生产尼龙中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种由下述通式(I)表示的羟甲基二胺类化合物：
其中，X为甲基取代的或乙基取代的C1-C6直链烷基；n为0、1、2或3。
上述化合物(I)的制备方法，以羧基取代二胺类化合物(II)或酯基取代的二胺类化合物(III)，经催化剂催化氢化还原得化合物(I)；
其中，X为甲基取代的或乙基取代的C1-C6直链烷基；n为0、1、2或3；R为甲基、乙基、丙基、异丙基或丁基。
其中，所述的催化剂为雷尼镍、Pd、钯碳(Pd/C)、Pd(OH)2或Rh；优选雷尼镍或Pd。
其中，催化氢化还原反应的温度为30-150℃，反应压力为3-10MPa，反应时间为3-12h。催化氢化还原的反应温度优选为60-120℃，反应压力优选为5-8MPa，反应时间优选为5-8h。
上述化合物(I)作为固化剂的应用。
上述化合物(I)作为扩链剂的应用。
上述化合物(I)在制备尼龙中的应用。
有益效果：本发明的羟甲基二胺类化合物可以作为材料助剂，具有固化和扩链作用，并且可以作为合成尼龙的原料。本发明的羟甲基二胺类化合物无不良气味，与现在普遍使用的胺类固化剂相比，固化后的树脂具有更高的拉伸、压缩强度等性能；与现有的胺类扩链剂相比，合成的聚脲具有更高的聚合度及黏度等性能。例如，本发明中的赖氨醇，与1，5-戊二胺相比，结构中活性H增加，不良气味得到屏蔽，固化后树脂的拉伸强度和压缩强度均有所增强，分别为70、74Mpa，扩链合成的聚脲黏度达到4.5Pa，与戊二胺相当。
具体实施方式
现在将对本发明的具有代表性的实施方案进行举例说明，仅仅是示例性的说明，对所举例化合物的物理数据与这些化合物所指定的结构一致。但所举实例并不限制本发明的范围。
实施例1：
2，3-二氨基丙醇的制备：取10.0g 2，3-二氨基丙酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，于压力8MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得油状物，减压收集馏分，得无色透明液体6.0g。ESI-MS：91.2[M+H+]。
实施例2：
2，3-二氨基丙醇的制备：取10.0g 2，3-二氨基丙酸甲酯和500mL水，置于加压釜中，加入1.0g Raney Ni，密封后通入H2，于压力6MPa，60℃反应5h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得油状物，减压收集馏分，得无色透明液体6.3g。ESI-MS：91.2[M+H+]。
实施例3：
按实施例2方法，10.0g 2，3-二氨基丙酸乙酯经Raney Ni氢化还原得6.0g。
实施例4：
按实施例2方法，10.0g 2，3-二氨基丙酸丙酯经Raney Ni氢化还原得5.2g。
实施例5：
按实施例2方法，10.0g 2，3-二氨基丙酸异丙酯经Raney Ni氢化还原得5.3g。
实施例6：
按实施例2方法，10.0g 2，3-二氨基丙酸丁酯经Raney Ni氢化还原得4.3g。
实施例7：
2，3-二氨基丁醇的制备：取10.0g 2，3-二氨基丁酸乙酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g 10％Pd/C，密封后通入H2，于压力6MPa，温度为80℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩，残留物减压蒸馏收集馏分得液体5.9g。ESI-MS：105.2[M+H+]。
实施例8：
2，3-二氨基戊醇的制备：取10.0g 2，3-二氨基戊酸甲酯、200mL甲醇和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，于压力6MPa，温度为80℃反应4h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.3g，产率93％。ESI-MS：119.3[M+H+]。
实施例9：
2，4-二氨基丁醇的制备：取10.0g 2，4-二氨基丁酸乙酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为6MPa，升温至90℃，反应5h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.7g。ESI-MS：105.2[M+H+]。
实施例10：
2-氨基-3-氨甲基戊醇的制备：取10.0g 2-氨基-3-氨甲基戊酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，于压力10MPa，温度120℃下反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.1g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例11：
3-氨基-2-氨甲基丙醇的制备：取10.0g 3-氨基-2-氨甲基丙酸甲酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为8MPa，80℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末4.9g。ESI-MS：105.3[M+H+]。
实施例12：
2，5-二氨基戊醇(鸟氨醇)的制备：取10.0g 2，5-二氨基戊酸甲酯(鸟氨酸甲酯)和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为8MPa，于60℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.6g。ESI-MS：119.2[M+H+]。
实施例13：
2，5-二氨基戊醇(鸟氨醇)的制备：取10.0g 2，5-二氨基戊酸丙酯(鸟氨酸丙酯)和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为8MPa，于60℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末4.4g。
实施例14：
3-甲基-2，5-二氨基戊醇的制备：取10.0g 3-甲基-2，5-二氨基戊酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为9MPa，120℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.1g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例15：
2-氨甲基-4-氨基丁醇的制备：取10.0g 2-氨甲基-4-氨基丁酸乙酯、200mL乙醇及500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为8MPa，升温至60℃，反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩得粗品，乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.0g。ESI-MS：119.2[M+H+]。
实施例16：
2，3-二氨甲基丁醇的制备：取10.0g 2，3-二氨甲基丁酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为9MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.6g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例17：
3-甲基-2，3-二氨甲基丁醇的制备：取10.0g 3-甲基-2，3-二氨甲基丁酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为8MPa，升温至120℃，反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.0g。ESI-MS：147.3[M+H+]。
实施例18：
2，6-二氨基己醇(赖氨醇)的制备：取10.0g 2，6-二氨基己酸甲酯(赖氨酸甲酯)和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为6MPa，60℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.5g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例19：
2，6-二氨基己醇(赖氨醇)的制备：取10.0g 2，6-二氨基己酸甲酯(赖氨酸甲酯)和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为7MPa，60℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.7g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例20：
3-甲基-2，6-二氨基己醇的制备：取10.0g 3-甲基-2，6-二氨基己酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为10MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.0g。ESI-MS：147.3[M+H+]。
实施例21：
5-甲基-2，6-二氨基己醇的制备：取10.0g 5-甲基-2，6-二氨基己酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为8MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.6g。ESI-MS：147.3[M+H+]。
实施例22：
2，6-二氨基庚醇的制备：取10.0g 2，6-二氨基庚酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为8MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.0g。ESI-MS：147.3[M+H+]。
实施例23：
2，6-二氨基辛醇的制备：取10.0g 2，6-二氨基辛酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为10MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.6g。ESI-MS：161.3[M+H+]。
实施例24：
5-氨基-2-氨甲基戊醇的制备：取10.0g 5-氨基-2-氨甲基戊酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为9MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.2g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例25：
4-氨基-2-(2-氨基乙基)丁醇的制备：取10.0g 4-氨基-2-(2-氨基乙基)丁酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为10MPa，120℃反应8h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末7.2g。ESI-MS：133.2[M+H+]。
实施例26：
2，7-二氨基庚醇的制备：取10.0g 2，7-二氨基庚酸乙酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为8MPa，升温至70℃，反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末5.2g。ESI-MS：147.3[M+H+]。
实施例27：
2，7-二氨基辛醇的制备：取10.0g 2，7-二氨基辛酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为10MPa，120℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.0g。ESI-MS：161.3[M+H+]。
实施例28：
2，7-二氨基壬醇的制备：取10.0g 2，7-二氨基壬酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为8MPa，升温至140℃，反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末6.9g。ESI-MS：175.3[M+H+]。
实施例29：
6-氨基-2-氨甲基己醇的制备：取10.0g 6-氨基-2-氨甲基己酸甲酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为6MPa，70℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末7.1g。ESI-MS：147.3[M+H+]。
实施例30：
2，8-二氨基辛醇的制备：取10.0g 2，8-二氨基辛酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为10MPa，升温至120℃，反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末7.0g。ESI-MS：161.3[M+H+]。
实施例31：
2，8-二氨基辛醇的制备：取10.0g 2，8-二氨基辛酸甲酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为6MPa，70℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末7.1g。ESI-MS：161.3[M+H+]。
实施例32：
2，8-二氨基辛醇的制备：取10.0g 2，8-二氨基辛酸乙酯和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Raney Ni，密封后通入H2，压力为8MPa，70℃反应6h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末7.3g。ESI-MS：161.3[M+H+]。
实施例33：
5-氨基-2-(3-氨基丙基)戊醇的制备：取10.0g 5-氨基-2-(3-氨基丙基)戊酸和500mL水，置于加压釜中，加入0.5g Pd，密封后通入H2，压力为10MPa，120℃反应7h，冷却后，过滤除去催化剂，浓缩水，得粗品，用乙醇/水重结晶，得白色固体粉末7.0g。ESI-MS：161.3[M+H+]。
实施例34：羟甲基二胺类化合物作为固化剂的应用。
取上述实施例中所制备的羟甲基二胺类化合物1.0g，分别与3.3g环氧树脂混合，加热、搅拌均匀，温度升高至200℃，使之溶解，再冷却至室温，凝固。分别对其拉伸、压缩强度进行测试，并与乙二胺、戊二胺、己二胺进行对比，结果如表1。
表1
实施例35：羟甲基二胺类化合物作为扩链剂的应用实验。
采用预聚、扩链两步法进行溶液聚合。合成过程如下：将1.37g 4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)和溶有一定量上述实施例中所制备的羟甲基二胺类化合物的25.0g二甲基乙酰胺(DMAc)先后加入三颈烧瓶，此时体系中MDI与二胺的摩尔比(NCO/NH2)为1.8，搅拌使之全部溶解并开始反应，反应温度控制在60～70℃之间。预聚0.5h后，再将溶有一定量上述实施例中所制备的羟甲基二胺类化合物的12.0g DMAc缓慢加入三颈烧瓶中，此时体系中MDI与二胺的摩尔比(NCO/NH2)为1.1。温度保持在60～70℃之间持续搅拌2h，可得到无色透明的粘稠状聚脲溶液。将15％的聚脲溶液在玻璃板上制成一定厚度的液膜，置于60℃烘箱中干燥去除溶剂。用水浸泡、冲洗后脱膜，烘干后得到无色透明的聚脲膜，密封保存。
在黏度计中加入上述聚脲试样，分别对其黏度进行测试，并与乙二胺、己二胺合成的聚脲膜比较，结果如表2。
表2
实施例36：羟甲基二胺类化合物作为合成尼龙原料的应用考察。
将2.5mmoL的上述实施例中合成的物质加入至由1.1409g(2.5mmoL)的3，3’-(间苯二甲酸二氧)双(4-氧-2，3-二氢化-1，2，3-连三氮杂荀)IPB0obt溶于20mL的N-甲基吮咯酮(NMP)的溶液中，室温下搅拌48h，随后将粘性溶液倒入500mL的1％的碳酸钠水溶液中，过滤，收集沉淀物，反复用热水洗涤，真空干燥至恒重，可得聚酰胺化合物，产率为100％。合成的这些聚酰胺化合物具有与尼龙相似的性状及作用。
Claims (8)
1.一种由下述通式(I)表示的羟甲基二胺类化合物：
其中，X为甲基取代的或乙基取代的C1-C6直链烷基；n为0、1、2或3。
2.权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，以羧基取代二胺类化合物(II)或酯基取代的二胺类化合物(III)，经催化剂催化氢化还原得化合物(I)；
其中，X为甲基取代的或乙基取代的C1-C6直链烷基；n为0、1、2或3；R为甲基、乙基、丙基、异丙基或丁基。
3.根据权利要求2所述的化合物的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为雷尼镍、Pd、钯碳、Pd(OH)2或Rh。
4.根据权利要求2所述的化合物的制备方法，其特征在于，催化氢化还原反应的温度为30-150℃，反应压力为3-10MPa，反应时间为3-12h。
5.根据权利要求4所述的化合物的制备方法，其特征在于，催化氢化还原的反应温度为60-120℃，反应压力为5-8MPa，反应时间为5-8h。
6.权利要求1所述的化合物作为固化剂的应用。
7.权利要求1所述的化合物作为扩链剂的应用。
8.权利要求1所述的化合物在制备尼龙中的应用。
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