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环氧树脂固化剂的结构与特性

文章来源:www.jnkyxcl.com   作者:康裕编辑   发布时间:2018-07-06 11:20   浏览次数:

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  环氧树脂是需要合适的化学物质才能够形成具有不同性能的三维结构网状物,而这种合适的化学物质一般统称为环氧树脂固化剂。环氧树脂固化剂种类很多,分类方法也不尽相同。大致可以分为低温固化剂,常温固化剂以及高温固化剂。

环氧树脂固化剂

  一、固化剂的结构与特性

  如上所述,固化剂的固化温度和固化物的耐热性有很大关系。同样地,在同一类固化剂中,虽然具有相同的官能基,但因化学结构不同,其性质和固化物特性也不同。因此,全面了解具有相同官能基而化学结构不同的多胺固化剂的性状、特点,对选择固化剂来说,是很重要的。

  在色相方面,脂环族最浅,基本上是透明的,而脂肪族和芳香族,其着色程度相当显著。在黏度方面,也有很大不同,脂环族不过零点零几Pa·s,而聚酰胺则非常黏稠,达数Pa·s,芳香族胺多为固态。适用期长短正好与固化性完全相反,脂肪族反应性最高,而脂环族、酰胺、芳香族依次降低。

  色相:(优)脂环族→脂肪族→酰胺→芳香胺(劣)

  熟度:(低)脂环族→脂肪族→芳香族→酰胺(高)

  适用期:(长)芳香族→酰胺→脂环族→脂肪族(短)

  固化性:(快)脂肪族→脂环族→酰胺→芳香族(慢)

  刺激性:(强)脂肪族→芳香族→脂环族→酰胺(弱)

  另外,在光泽、柔软性、粘接性、耐酸性、耐水性方面,也呈一定规律性。

  光泽:(优)芳香族→脂环族→聚酰胺一脂肪胺(劣)

  柔软性:(软)聚酰胺→脂肪族→脂环族→芳香族(刚)

  粘接性:(优)聚酰胺→脂环族→脂肪族→芳香族(良)

  耐酸性:(优)芳香族→脂环族→脂肪族→聚酰胺(劣)

  耐水性:(优)聚酰胺→脂肪胺→脂环胺→芳香胺(良)

  对光泽来说,芳香族最好,脂肪族最差。此性质受固化温度的影响,随温度升高,光泽变好。至于柔软性,官能基间距离长的聚酰胺更优良一些,而交联密度高的芳香胺则差。耐热性与柔软性正好相反,而粘接性则与柔软性一致。耐药品性(耐酸性)受化学结构影响,芳香族比较优良,脂肪胺和聚酰胺则易受化学药品腐蚀。耐水性受官能基质量浓度的支配,官能基质量浓度低、疏水度高的聚酰胺类更耐水,而官能基质量浓度高的芳香族则差一些。

  二、用途不同的各种环氧树脂固化剂

  固化剂按用途可分为常温固化剂和加热固化剂。如前所述,环氧树脂高温固化时一般性能优良,但是在土木建筑中使用的涂料和粘接剂等由于加热困难,需要常温固化;所以大都使用脂肪胺、脂环映以及聚酰胺等,尤其是冬季使用的涂料和粘接剂不得不与多异氰酸酯并用,或使用具有恶臭气味的聚琉醇类。

  至于中温固化剂和高温固化剂,则要以被着体的耐热性以及固化物的耐热性、粘接性和耐药品性等为基准来选择。选择重点为多胺和酸酐。由于酸酐固化物具有优良的电性能,所以广泛用于电子、电器方面。

  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。酸酐固化剂和环氧树脂形成酯键,对有机酸和无机酸显示了高的抵抗力,电性能一般也超过了多胺。

  三、酸酐类固化剂固化机理

  酸酐固化环氧树脂的反应,需要树脂/酸酐体系中少量的醇和水、游离酸等促进剂,经加热才能缓慢的固化。因此,酸酐并不直接与环氧基作用发生化学反应,必须打开酸酐的环。

  1、活泼氢对酸酐开环的影响。双酚A环氧中含有羟基,可以打开酸酐。一羟基产生一个羧基,多元醇可以把两个酸酐分子连接起来,起到交联作用。加入含羟基化合物如乙二醇、甘油、含羟基的低分子聚醚等,可以加速开环反应,水可以使酸酐产生两个羧基,因此湿度对酸酐固化有影响。

  酯化反应:这是酸酐固化环氧树脂的主要反应,羧基与环氧基加成,生成酯基。酯化反应生成的羧基,进一步使酸酐开环,与环氧基反应,最后生成立体结构;在高温下,一些羧基可以催化环氧基开环,生成以醚键为主的结构。

  2、三级胺(叔胺)对酸酐开环的影响。三级胺与酸酐形成一个离子对,环氧基插入此离子对,羧基负离子打开环氧基,生成酯键,并产生一个新的阴离子。例如2-乙基-4甲基咪唑和2、4、6-(N,N-二甲基氨甲基)—苯酚即K-54#(国外称DMP-30#)。

环氧树脂固化剂

  环氧树脂固化剂通常作为胶粘剂、涂料和复合材料等材料的基体,广泛应用于建筑、机械、电子电气、航空航天等领域。一个完整概念的环氧树脂组成物由四个方面的成分组成。但实际应用时,不一定四个方面的成分都要具备,但树脂成分必须包括固化剂,可见固化剂的重要性。

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