1,3-BAC 环氧树脂固化方案:步骤、技巧与安全须知
1,3-BAC 环氧树脂固化方案:步骤、技巧与安全须知
1,3-Bis(aminomethyl)cyclohexane (1,3-BAC) 是一种脂环族二胺,作为低色度、低黏度环氧固化剂使用,可赋予固化环氧体系优异的耐化学品性和力学性能。
- CAS号
- 2579-20-6(顺/反式异构体混合物)
- 分子式
- C₈H₁₈N₂
- 分子量
- 142.24 g/mol
- 活泼氢当量(AHEW)
- 约35.6 g/eq(每分子含四个活泼氨基氢)
- 外观
- 无色至浅黄色液体
- 伯胺基团数
- 2个(双官能度固化剂)
- 推荐固化程序(典型)
- 室温固化24小时,后固化60–80 °C,2–4小时
材料与设备
开始操作前,请准备以下材料:
- 1,3-双(氨甲基)环己烷(1,3-BAC) — Aladdin 产品编号 B153044
- 所选环氧树脂(如基于DGEBA的双酚A型或双酚F型)
- 经校准的分析天平或台式天平(精度±0.01 g)
- 刻度混合杯(聚丙烯或聚乙烯材质;避免使用聚苯乙烯)
- 木质或PTFE搅拌棒
- 用于后固化的温控烘箱或加热板
- 模具或基材,用异丙醇清洁脱脂
- 丁腈手套(厚度至少0.2 mm)、安全护目镜及实验服
- 通风橱或局部排气通风设施
确认所有设备干燥;水分污染会抑制固化并降低最终力学性能。
化学计量计算与称量
正确的化学计量比对实现完全固化和最佳性能至关重要。请按以下步骤操作:
- 确定树脂的环氧当量(EEW),数据来源于其技术说明书。
- 计算每100重量份树脂所需1,3-BAC的重量份(pbw):
pbw 1,3-BAC = (AHEW × 100) / EEW
例如,环氧树脂EEW为190 g/eq,1,3-BAC AHEW约为35.6 g/eq时:pbw 1,3-BAC = (35.6 × 100) / 190 ≈ 18.7 g(每100 g树脂) - 先将树脂称入混合杯,再加入计算所得质量的1,3-BAC。
- 所有质量数据记录至小数点后两位。
注意:偏离化学计量比±5%在可接受范围内,但胺类显著过量会使网络增塑并降低玻璃化转变温度(Tg)。
混合与脱气操作
称量完毕后立即按以下步骤操作:
- 充分混合至少3分钟,用搅拌棒刮擦杯壁和杯底,确保均匀混合。避免剧烈搅打引入过多气泡。
- 监控适用期:1,3-BAC/环氧混合体系在混合时产生放热反应。对于大批次(>500 g),应分批操作以防止失控放热。室温下适用期通常为30–60分钟,具体取决于树脂类型和批次大小——请参阅树脂技术说明书确认。
- 脱气(可选,但建议用于无气孔浇铸件):将混合料置于真空箱中,压力≤5 mbar,抽真空5–10分钟至气泡停止逸出。如需要可轻柔再次混合。
- 在凝胶化开始前,及时将混合料浇入模具或涂覆于基材表面。
固化程序与后固化
推荐采用两阶段固化工艺,以实现高转化率和最大玻璃化转变温度(Tg):
| 阶段 | 条件 | 时长 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 初步固化 | 室温(23 ± 2 °C) | 16–24小时 | 凝胶化与主网络形成 |
| 后固化 | 烘箱60–80 °C | 2–4小时 | 提高转化率、升高Tg、消除内应力 |
后固化结束后,让样品在烘箱中缓慢冷却至室温,以减少热冲击和残余应力。在完全凝胶化前脱模会导致变形;待样品表面不粘手后方可脱模。
提示:更高的后固化温度(最高可达100 °C)可能进一步提高Tg,但应通过实验验证。建议使用DSC或邵氏D型硬度计确认最终固化状态。
安全、操作与废弃物处置
危害概述:1,3-BAC是一种腐蚀性伯二胺,对皮肤和眼睛有刺激性,反复或长时间皮肤接触可能导致致敏。蒸气对呼吸道有刺激性。
- 始终在通风橱中操作或配备充足的局部排气通风设施。
- 佩戴丁腈手套(如受污染应立即更换)、化学防溅护目镜及实验服。
- 皮肤接触时:脱去受污染衣物,用肥皂和清水彻底冲洗至少15分钟;如刺激持续,请就医。
- 眼睛接触时:立即用大量清水冲洗至少15分钟,并立即就医。
- 储存:密封保存于阴凉、干燥、通风良好的区域,远离强酸、氧化剂和潮湿环境。开封后在惰性气氛(氮气或氩气)下保存,防止碳酸化和吸湿。
- 废弃物处置:废料应完全固化后再处置;完全固化的环氧-胺聚合物通常归类为无害固体废物。未固化的树脂/固化剂废料必须按当地危险废物法规处置。请咨询所在机构的环境健康与安全(EHS)部门。
常见问题
1,3-BAC与环氧树脂的正确混合比例是多少?
混合比例取决于所用树脂的环氧当量(EEW)。使用公式:pbw 1,3-BAC =(AHEW × 100)/ EEW,其中1,3-BAC的活泼氢当量(AHEW)约为35.6 g/eq。请务必根据树脂制造商说明书中的数据计算化学计量比,而非使用固定比例。
1,3-BAC能否在室温下使用,还是需要高温固化?
1,3-BAC反应活性足以在室温下固化,适用于涂层和胶黏剂等常温应用场景。但强烈建议在60–80 °C下进行2–4小时的后固化,以最大化转化率、力学强度和玻璃化转变温度(Tg)。省略后固化步骤可能导致残余未反应胺使材料增塑或表面出现胺白化现象。
为什么1,3-BAC固化环氧树脂的色度低于芳香族胺固化剂?
与芳香族胺不同,1,3-BAC是一种不含共轭芳环体系的脂环族二胺。芳香族胺可被氧化生成醌类显色结构,导致黄变。1,3-BAC的脂肪族/脂环族骨架不会形成此类发色团,因此可制备近无色的固化体系,适用于光学涂层、透明层压板及装饰性应用。
如何储存1,3-BAC以保持其品质?
将1,3-BAC密封保存于惰性气氛(氮气或氩气)下,置于阴凉、干燥处,远离酸、氧化剂和潮湿环境。伯胺可从空气中吸收CO₂生成氨基甲酸酯,导致活性胺含量降低并引发固化问题。使用前检查容器中是否出现变色或浑浊。
参考文献
- May, C. A. (Ed.). Epoxy Resins: Chemistry and Technology, 2nd ed. Marcel Dekker, New York, 1988.
- Pascault, J.-P.; Williams, R. J. J. Epoxy Polymers: New Materials and Innovations. Wiley-VCH, Weinheim, 2010.
- Ellis, B. (Ed.). Chemistry and Technology of Epoxy Resins. Blackie Academic & Professional, London, 1993.
产品仅供科研与开发使用,不用于人体、动物、诊断或治疗。
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