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环氧树脂固化模型野外浇注试验

2018-03-01马骏邢坤刘正跃王岩王理杰朱建行隗陈征杨明鑫

生物化工 2018年1期
关键词:凝固时间固化剂混合物

马骏,邢坤,刘正跃,王岩,王理杰,朱建行,隗陈征,杨明鑫

(大连海洋大学 海洋科技与环境学院,辽宁大连 116023)

环氧树脂模型广泛用于掘穴生物的洞穴形态研究,是研究生物扰动和个体行为学的较为经济和直观的方法。在国外,此方法已应用于蝼虾蛄[1]、弹涂鱼[2]等潮间带物种,国内只见于环氧树脂模型用于大弹涂鱼洞穴结构的研究[3]。

本研究采用E-44环氧树脂和T31固化剂,在辽宁省盘锦市辽河口湿地开展野外实地实验,通过浇注天津厚蟹洞穴,试验了不同环境温度和配比下的环氧树脂模型固化效果,包括混合物流动性、化学热、凝固时间、沸腾时间和凝固后质地,总结出一套操作性良好的固化程序和方法,为未来开展类似的野外实验提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

E-44环氧树脂: E-44环氧树脂是一种含有环氧基因的高分子聚合物,具有疏水性、化学性质稳定、耐高温和高黏度的特点。

T31固化剂: T31固化剂,其成分为酚醛胺,在室外高温、低温和潮湿等条件下与环氧树脂有较好的固化性能。

1.2 实验方法

E-44环氧树脂和T31固化剂的混合体积比为8∶1、4∶1、2∶1、1∶1和1∶2,实验分别于3月10日、6月28日、10月15日和12月17日进行,分别记录正午时天津厚蟹洞穴分布区气温、土壤表层1 cm和底层10 cm处温度。环氧树脂呈透明状,春冬两季低温下呈黏稠状,为方便操作,在与固化剂混合前需在室内加热。

2 结果与分析

2.1 混合比影响

盘锦红海滩湿地天津厚蟹分布区全年正午气温变化剧烈,12月和6月气温可分别达到-10~30℃,春秋两季气温在0~10℃;底层10 cm处土壤温度变化较外界气温小,掘穴可创造适宜的生存环境;表层土壤温度变化与气温类似,但春冬季节形成的冻土层厚度达20~40 cm。在实际操作中,冻土洞穴中积存的冰雪影响了树脂模型浇注效果,应尽量避免在春冬季节进行实地实验。

T31固化剂淡黄色,其流动性不受环境温度影响。混合物质地根据固化剂的用量而变化,固化剂用量越大,流动性越好,如图1所示。8∶1混合时,树脂模型流动性差,凝固时间长。4∶1和2∶1的混合比例也易产热,如不及时浇注于洞穴中使其热量散发,化学热会不断积聚直至沸腾。1∶1混合时,产生的化学热不断积聚,如不在短时间内用于浇注,反应器中的混合液容易沸腾,产生大量气泡,温度接近100℃,操作时务必小心,如夏季室外温度接近30℃时,1∶1混合物搅动5 min后树脂模型便已沸腾,如图2所示。1∶2比例混合时树脂模型24 h内不会凝固。

图1 树脂模型不同混合比例

2.2 温度影响

此外,在不同环境温度下,树脂模型凝固时间明显不同:2∶1和4∶1混合比例在春冬两季时树脂模型室外凝固时间较长,2∶1混合后凝固时间为8 h,4∶1混合后凝固时间可达10 h(表1);夏秋季节,2∶1和4∶1混合比例凝固时间较短,分别约为1 h和2 h(表2)。在实际工作中,推荐使用4∶1和2∶1混合比例的树脂模型,凝固时间在春、冬两季为10 h以内,夏、秋两季为2 h以内。

表1 春冬季节不同配比树脂模型的室外凝固时间

2.3 T31固化剂与聚酰胺树脂固化剂比较

E 44环氧树脂和T31固化剂是市场上常见的铸模材料。环氧值是指每100 g树脂中所含环氧基的物质的量数,是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标。E-44为企业牌号,代表平均环氧值为0.44。E-44环氧树脂加热至200℃也变化不大,与适宜比例的固化剂混合后机械强度好。固化剂种类繁多[4],其固化效果也不同。张其永[3]采用了聚酰胺树脂固化剂,其与环氧树脂的混合比例为1∶1,不同的混合比例可能与固化剂的种类有关。笔者采用无毒和无刺激性气味的T31固化剂,其成分为酚醛胺[5],可用于水下固化,适合沿海湿地掘穴动物洞穴形态的现场研究。

表2 夏秋季节不同配比树脂模型的室外凝固时间

E-44环氧树脂在20℃以下呈黏稠状,不易搅拌,在浇注洞穴的实际应用中,春冬季节应在室内加热的方法促进环氧树脂的流动性,在20℃左右温度下与固化剂混合。环氧树脂用量越大,流动性较差,8∶1比例混合时质地黏稠,无法用于浇注树脂模型;T31固化剂用量越大,混合物流动性越佳,但凝固后质地和耐热性均越差,2∶1比例混合后的树脂模型在夏季高温时易变形,导致实验结果失真,1∶1比例混合后迅速用于浇注,虽然也能凝固,但树脂模型质脆,容易破损。

沸腾现象与化学热的产生有关,与环境温度关系不大,冬季混合后不宜加热,以防止沸腾。在夏秋两季气温比较高时,混合物搅动后更易沸腾,1∶1比例混合5 min后便已沸腾,当混合物比例为2∶1和4∶1时,搅动时间不宜超过5 min,并在短时间内用于浇注,以防止沸腾。

3 结论

环氧树脂用量越大,流动性越差,但凝固后质地越硬,耐热性越佳。综合考量,实际操作中混合比例2∶1和4∶1的树脂模型固化效果最佳,其中夏季时推荐使用混合比例为4∶1,其他季节可使用2∶1的混合比例;另外,4∶1混合后的流动性较好,可应用于小洞穴的浇注。

[1]Candisani L,Sumida P,Pires-vanin A.Burrow Morphology and Mating Behaviour of the Thalassinidean Shrimp Upogebia noronhensis[J].Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom,2001,81(5):799-803.

[2]Itani G,Uchino T.Burrow Morphology of the Goby Taenioides cirratus[J].Journal of the Marine Biological Association of the Uk,2003,83(4):881-882.

[3]张其永,洪万树,陈仕玺,等.潮间带大弹涂鱼产卵习性和自然受精卵孵化研究[J].热带海洋学报,2006,25(5):68-73.

[4]李娟,郭杰,刘青.环氧树脂固化剂研究新进展[J].化工新型材料,2017(3):31-33.

[5]李娟,张兴喜.酚醛胺(T31)环氧树脂固化剂的应用与发展综述[J].化工时刊,2005,19(11):39-41.

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