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N, N-二甲基苄胺 (BDMA) 在环氧树脂领域作为固化促进剂的应用

时间:2025-06-27    阅读:
N, N-二甲基苄胺 (BDMA) 在环氧树脂领域作为固化促进剂的应用。

核心作用:叔胺类固化促进剂

BDMA 是一种典型的 叔胺 化合物。叔胺在环氧树脂固化中扮演着关键的催化/促进角色,尤其对于酸酐固化剂体系最为重要和常用,同时对聚酰胺脂肪胺固化剂也有显著的加速作用。

作用机制 (以酸酐体系为例):

  1. 亲核进攻: BDMA 分子中的叔氮原子具有孤对电子,表现出亲核性。它首先亲核进攻环氧树脂分子中的环氧基团(三元环的碳原子)。

  2. 形成氧阴离子: 这个进攻导致环氧环开环,生成一个烷氧阴离子。

  3. 活化酸酐: 这个新生成的强亲核性烷氧阴离子迅速进攻酸酐分子中的羰基碳原子。

  4. 开环加成: 酸酐环开环,形成酯键和羧酸根阴离子。

  5. 链式反应: 羧酸根阴离子可以继续进攻另一个环氧基团,开环生成新的烷氧阴离子。如此循环往复,形成交联网络。

  6. BDMA 再生: 在整个过程中,BDMA 主要起到引发(生成第一个烷氧阴离子)和传递(通过生成的阴离子催化后续反应)的作用,其自身在反应后期理论上可以再生(虽然实际可能参与副反应或存在于网络中)。

简单来说: BDMA 通过其碱性催化环氧基团开环,生成高活性的阴离子中间体,这些中间体大大加速了酸酐与环氧基团之间的酯化反应,从而显著缩短固化时间并降低固化温度。

主要应用领域:

  1. 环氧树脂电子灌封料和包封料:

    • 作用: 这是 BDMA 最重要的应用之一。酸酐固化体系因其低粘度、良好的电气性能、低收缩率和较低放热峰而被广泛用于电子灌封(保护整个电子组件)和包封(保护单个元器件)。

    • BDMA 的优势:

      • 有效降低固化温度: 酸酐单独固化需要较高温度(>150°C)。加入少量 BDMA (通常 0.5-2.5 phr) 可将固化温度降至 100-130°C,甚至更低,这对于热敏电子元件至关重要。

      • 显著缩短固化时间: 大大提升生产效率。

      • 改善深层固化: 促进体系在较厚灌封层中的均匀固化。

      • 平衡操作期与固化速度: 相较于其他强促进剂(如咪唑盐),BDMA 通常能提供相对更长的操作期(适用期),同时又能有效加速固化。

      • 良好的电气性能: 对最终固化物的绝缘性能影响相对较小。

  2. 环氧地坪涂料:

    • 作用: 在酸酐或聚酰胺固化的高性能环氧地坪(特别是自流平、砂浆地坪)中用作促进剂。

    • BDMA 的优势:

      • 加速固化,提高施工效率: 尤其是在低温环境(如冬季)施工时,能显著加快涂层表干和实干速度,缩短可上人、可载重的时间。

      • 促进厚涂层的完全固化: 确保深层也能充分反应,提高机械强度和耐化学性。

      • 与聚酰胺配合: 可以加速聚酰胺固化剂的反应,提高早期硬度。

  3. 船舶漆和重防腐涂料:

    • 作用: 在需要厚膜、高耐腐蚀性的环氧船舶漆(如船底防污漆的配套底漆、压载舱漆、货油舱漆)和其他重防腐涂料中,常用胺加成物或聚酰胺固化剂。BDMA 用作促进剂。

    • BDMA 的优势:

      • 低温固化性能: 船舶维修常在露天、低温、高湿环境下进行,BDMA 能有效促进涂层在不利条件下的固化。

      • 提高反应速率: 加速交联,缩短复涂间隔,提高施工效率。

      • 改善厚膜固化: 保证厚涂层内部的充分交联,达到设计防腐性能。

BDMA 在促进其他固化剂体系中的表现:

  • 聚酰胺: BDMA 能有效加速聚酰胺固化剂与环氧树脂的反应,尤其是在低温下效果更明显。它通常比促进脂肪胺效果更好。添加量相对较低 (0.1-1.0 phr)。

  • 脂肪胺: BDMA 对脂肪胺(如乙二胺、二乙烯三胺)也有加速作用,但效果不如对酸酐和聚酰胺显著,且可能因反应剧烈导致操作期过短和放热过大,实际应用较少。更常用的是酚类(如苯酚、壬基酚)或弱酸(如水杨酸)来促进脂肪胺。

BDMA 作为促进剂的特点:

  • 优点:

    • 高效: 对酸酐体系促进效果显著,添加少量即可大幅降低固化温度/时间。

    • 液态: 易于计量和混合。

    • 相对较长的操作期 (与强促进剂相比): 为操作(混合、浇注、涂布)提供更充裕的时间。

    • 成本效益: 性价比高。

    • 多功能性: 对酸酐、聚酰胺等体系均有效。

  • 缺点/注意事项:

    • 黄变: BDMA 最大的缺点是其显著导致固化产物黄变,尤其在使用温度较高、光照或氧气存在时。非常不适合用于要求高色泽稳定性的浅色或透明制品

    • 缩短操作期: 虽然相对某些强促进剂操作期较长,但相比不加促进剂,添加 BDMA 必然缩短混合物的可使用时间。

    • 可能影响韧性: 在特定配方中,过量使用可能对固化物的韧性产生轻微不利影响(需要平衡)。

    • 气味与毒性: 具有胺类特有的刺激性气味,操作时需注意通风和防护(皮肤接触、吸入)。

    • 吸湿性: 具有一定的吸湿性,储存时需注意密封。

总结:

N, N-二甲基苄胺 (BDMA) 是一种在环氧树脂工业中应用历史长、成本效益高的高效叔胺类固化促进剂。它在酸酐固化体系中发挥着核心的催化作用,显著降低固化温度、缩短固化时间,是环氧电子灌封/包封料的关键组分之一。同时,它也被广泛应用于需要低温固化或加速固化的环氧地坪涂料船舶漆/重防腐涂料(配合聚酰胺或胺加成物固化剂)。其主要优势在于高效性和性价比,但最大的局限是会导致严重黄变,限制了其在需要优异耐候性和色泽稳定性的场合(如浅色涂料、透明浇铸件)的应用。在使用时需严格控制添加量,并充分考虑其对操作期和最终产品颜色的影响。

 
 

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