环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应,形成网状立体聚合物的物质。它是环氧体系不可或缺的组成部分,在很大程度上决定了固化物的结构和物理化学性能等。
环氧树脂固化剂总体分为两大类:碱性固化剂和酸性固化剂。
| 类型 | 主要包括 |
|---|---|
| 碱性固化剂 | 伯胺类、仲胺类、酰胺类及其他可与环氧树脂发生交联反应的含氮化合物等Lewis碱 |
| 酸性固化剂 | 有机酸酐、有机酸、硫醇、硼 - 胺络合物和酚类化合物等Lewis酸 |
在环氧树脂固化剂的研究和应用中,最为广泛的当属胺类固化剂,其中又以芳香胺固化剂、脂环胺固化剂、脂肪胺固化剂为主。
| 固化剂类型 | 特点 |
|---|---|
| 芳香胺固化剂 | 分子结构中含有稳定的苯环结构,固化物具有较高的耐热性和良好的耐水性、电性能以及力学性能;但胺基直接与苯环相连,苯环的主体障碍作用导致固化交联反应活性较小,熔点一般较高,需要高温固化,且毒性较大、易被空气氧化 |
| 脂环胺固化剂 | 分子中含有脂环,具有更好的耐热性和力学性能,同时还具有色浅、光泽度高和耐紫外线性能优异等优点;由于脂环的存在,其反应活性较脂肪胺类低,适用期较长,但部分脂环胺固化剂很难在室温下充分反应,需要升温后才能充分固化,如异佛尔酮二胺主要用于要求低色泽、低气味、高抗弯强度和耐化学性的环氧配方,适用于地坪涂料、铺路填料和混合料 |
| 脂肪胺固化剂 | 主要包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等,在室温或较低温度下能与环氧树脂发生充分的固化交联反应,且固化物具有良好的耐腐蚀性、耐水性、机械强度和粘接性能;但大部分是低分子量线性分子,蒸汽压高、刺激性强、毒性大,配比严格,对操作者的要求较高。为改善其缺点,研究者们以低分子量的初级脂肪胺为原料,经过一定的化学改性得到胺类加合物,改善了初级脂肪胺的气味,配比要求降低,从而大大拓宽了其应用范围 |
| 酸酐类固化剂 | 反应速率很慢,不能生成高交联产物,一般不作为固化剂;低挥发性,毒性低,刺激性低;反应缓慢,放热量小,适用期长;固化物收缩率低,耐热性高;固化物机械强度高,电性能优良;需加热固化,时间长,是EP常用固化剂,仅次于多元胺,主要酸酐有顺酐、苯酐、四氢苯酐、甲基四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐、均苯四甲酸二酐等;改性酸酐中酸酐分子中负电性取代基则活性增强,可使用阴/阳离子型催化剂,催化剂仅仅起催化作用,本身不参与交联,用量主要以实验值为准,催化环氧开环形成链增长 |
| 多元硫醇 | 类似于羟基,聚硫醇化合物(液体聚硫橡胶)就是典型多元硫醇,单独使用活性很低,室温反应及其缓慢几乎不能进行,适当催化剂作用下固化反应以数倍多元胺速度进行,在低温固化更为明显 |
为了提高改善固化剂的性能,对固化剂进行改性是必然的发展趋势。常用的改性方法如下:
经过改性的固化剂,在相容性、反应性、毒性刺激性等方面都有很好地改善,大大扩宽了其应用范围。
在选择环氧树脂固化剂时,需要考虑以下因素: