Полиэтиленполиамин

Полиэтиленполиамин (ПЭПА) — это смесь олигомерных и полимерных аминов, получаемая в процессе промышленного синтеза этилендиамина и диэтилентриамина. Представляет собой вязкую жидкость от светло-жёлтого до тёмно-коричневого цвета с характерным аммиачным запахом. Относится к классу алифатических полиаминов и является техническим продуктом, не имеющим строго определённого химического состава.

Химический состав и свойства

Полиэтиленполиамин не является индивидуальным химическим соединением, а представляет собой многокомпонентную смесь, основу которой составляют линейные и разветвлённые полиэтиленполиамины с общей формулой H₂N(CH₂CH₂NH)ₙH, где n варьируется от 2 до 6 и более. В состав ПЭПА входят:

• диэтилентриамин (ДЭТА);
• триэтилентетрамин (ТЭТА);
• тетраэтиленпентамин (ТЭПА);
• пентаэтиленгексамин (ПЭГА);
• высшие гомологи (n > 5).

Соотношение компонентов зависит от условий синтеза и может различаться у разных производителей. Типичные физико-химические характеристики ПЭПА:

ПЭПА обладает сильными основными свойствами (pH водного раствора 10–12), реагирует с кислотами с образованием солей, способен к образованию хелатных комплексов с ионами переходных металлов.

Получение

Промышленный синтез полиэтиленполиаминов осуществляется путём взаимодействия этилендихлорида с водным раствором аммиака при повышенной температуре (120–180 °C) и давлении (10–40 атм). В результате реакции образуется смесь продуктов разной степени полимеризации, которую разделяют ректификацией. ПЭПА является кубовым остатком этого процесса — фракцией, которая не перегоняется при атмосферном давлении и содержит наиболее высокомолекулярные компоненты.

Альтернативный метод — каталитическое аминирование этиленгликоля или этаноламинов в присутствии водорода и никелевых катализаторов, однако он менее распространён в промышленности.

Применение

Отвердитель эпоксидных смол

Основная область использования ПЭПА — в качестве отвердителя эпоксидных смол холодного отверждения. Благодаря высокой реакционной способности аминогрупп, ПЭПА обеспечивает отверждение при комнатной температуре (20–25 °C) в течение 1–2 часов. Отверждённые композиции характеризуются:

• высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам и органическим растворителям;
• хорошей адгезией к бетону, металлу, стеклу и керамике;
• повышенной твёрдостью и износостойкостью;
• ограниченной эластичностью и склонностью к хрупкости при низких температурах.

Применяется в производстве:

• наливных полов и защитных покрытий для бетона;
• клеев и герметиков;
• компаундов для заливки электроизделий;
• ремонтных составов для металла и бетона.

Пластификатор и модификатор

В небольших количествах ПЭПА используется как пластификатор для некоторых видов резин и как модификатор для повышения эластичности эпоксидных композиций. Добавление ПЭПА в количестве 5–15 % от массы смолы позволяет снизить хрупкость отверждённого материала.

Реагент для очистки воды

ПЭПА и его производные (например, дитиокарбаматы на основе ПЭПА) применяются в качестве флокулянтов и коагулянтов при очистке промышленных сточных вод от ионов тяжёлых металлов (меди, цинка, никеля, кадмия). Аминогруппы образуют нерастворимые комплексы с металлами, которые затем удаляются фильтрацией или отстаиванием.

Промежуточный продукт в органическом синтезе

ПЭПА служит сырьём для получения:

• поверхностно-активных веществ (катионных и амфотерных);
• ингибиторов коррозии для нефтегазовой промышленности;
• хелатообразующих реагентов (аналоги ЭДТА);
• ионообменных смол.

Токсичность и безопасность

Полиэтиленполиамин относится к веществам III класса опасности (умеренно опасные) по ГОСТ 12.1.007-76. Основные риски при работе:

• Кожно-резорбтивное действие: вызывает раздражение кожи, при длительном контакте — химические ожоги. Легко проникает через неповреждённую кожу.
• Раздражающее действие на слизистые: пары ПЭПА вызывают слезотечение, кашель, раздражение дыхательных путей.
• Сенсибилизация: возможны аллергические реакции при повторном контакте.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны — 2 мг/м³ (аэрозоль). При работе с ПЭПА необходимо использовать средства индивидуальной защиты: резиновые перчатки, защитные очки, спецодежду, при недостаточной вентиляции — респиратор.

Хранение осуществляется в герметично закрытой таре из нержавеющей стали, алюминия или полиэтилена при температуре не выше 30 °C вдали от источников тепла и окислителей. ПЭПА гигроскопичен, при контакте с влагой воздуха может поглощать углекислый газ с образованием карбонатов.

Экологические аспекты

ПЭПА и его растворы токсичны для водных организмов. При попадании в водоёмы вызывает гибель рыбы и планктона в концентрациях выше 10–50 мг/л. Биоразлагаемость низкая, в окружающей среде сохраняется длительное время. Утилизация отходов, содержащих ПЭПА, производится термическими методами (сжигание при температуре > 1000 °C) или химической нейтрализацией кислотами с последующим захоронением.

Источники

• ГОСТ 24176-80 «Полиэтиленполиамины технические. Технические условия»
• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3.
• Ли Х., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. — М.: Энергия, 1973.
• Патент РФ № 2179152 «Способ получения полиэтиленполиаминов»
• Вредные вещества в промышленности: справочник / под ред. Н. В. Лазарева. — Л.: Химия, 1977. — Т. 2.