环氧树脂固化剂特点和反应机理

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环氧树脂固化剂

环氧树脂固化剂

环氧树脂固化剂概述环氧树脂固化剂是一类用于固化环氧树脂的化学物质。

环氧树脂具有优异的物理和化学性质,但其在常温下为液态,并不具备实际应用的强度和硬度。

通过添加适量的固化剂,可以使环氧树脂在特定的温度和时间下发生固化反应,形成具有优良性能的固体材料。

固化剂的作用原理固化剂在环氧树脂中的主要作用是引发化学反应,促进环氧树脂的固化。

通常情况下,环氧树脂是由环氧基团(Epoxide group)和胺基或酸酐基等活性基团组成的。

固化剂中的活性基团与环氧基团发生反应,形成交联结构,使环氧树脂由液态变为固态。

常见的环氧树脂固化剂胺类固化剂胺类固化剂是最常用的环氧树脂固化剂之一。

常见的胺类固化剂包括环氧乙烷胺、环氧丙烷胺、环氧脂肪胺等。

这些胺类固化剂具有活性氢原子,能够与环氧基团形成胺基加成反应,生成胺基苄醚结构。

胺类固化剂固化后的环氧树脂具有较高的热稳定性、耐化学品侵蚀性和机械强度。

酸酐类固化剂酸酐类固化剂是另一类常见的固化剂。

常用的酸酐类固化剂有邻苯二甲酸酐、巴斯夫固化剂等。

酸酐类固化剂与环氧树脂中的氢原子发生酯交换反应,生成酯键结构。

酸酐类固化剂固化后的环氧树脂具有优良的机械性能和耐化学品侵蚀性。

环氧树脂固化剂的选择与性能正确选择适合的固化剂对于环氧树脂固化的性能至关重要。

不同的固化剂具有不同的反应速率和固化温度范围,根据具体应用要求选择合适的固化剂可以获得所需的性能。

固化剂的选择还应考虑环境友好性、毒性和成本等因素。

一些高性能的聚胺固化剂具有较高的毒性,使用时需要注意安全。

同时,固化剂的成本也是影响选择的重要因素。

固化剂与环氧树脂的配比固化剂的用量和配比对固化效果和性能有重要影响。

过多的固化剂可能导致固化过程过快,产生内部应力集中等问题;过少的固化剂则可能导致固化不完全,影响材料性能。

一般来说,固化剂的用量为环氧树脂总重量的10-40%之间。

具体的配比应根据固化剂的特性和应用要求进行调整。

混合固化剂和环氧树脂时,应根据固化剂的性质和要求合理控制混合时间和混合速度,确保固化剂和环氧树脂充分混合。

(整理)环氧树脂固化剂特点和反应机理

(整理)环氧树脂固化剂特点和反应机理

环氧树脂有机酸酐固化剂特点和反应机理有机酸酐类固化剂,也属于加成聚合型固化剂。

早在1936年,瑞士的Dr.pierre Castan 就开始用邻苯二甲酸酐固化的环氧树脂作假牙的材料。

这一用法后来还在英国和美国申请了专利。

酸酐类用作固化剂在1943年美国就有专利报导。

酸酐类固化剂用于大型浇铸等重电部门,至今仍是这类固化剂应用的主要方向。

日本这类固化剂消费量每年在3 kt以上,约占环氧树脂固化剂全部用量的23%,仅次于有机多胺的用量。

在我国,以邻苯二甲酸酐为固化剂的环氧树脂浇铸、以桐油酸酐为固化剂的环氧树脂电机绝缘,都有20多年的应用历史。

近年来,随着电气、电子工业的发展,酸酐类固化剂在中、小型电器方面也获得广泛的应用,特别是弱电方面,也获得了充分重视,如集成电路的包封、电容器的包封等。

在涂料方面,如粉末涂料,这类固化剂也受到重视。

酸酐类固化剂与多元胺类固化剂相比,有许多优点。

从操作工艺性上看,主要有以下几点:一是挥发性小,毒性低,对皮肤的刺激性小;二是对环氧树脂的配合量大,与环氧树脂混熔后粘度低,可以加入较多的填料以改性,有利于降低成本;三是使用期长,操作方便。

从固化物的性质上看,它主要特征有:一是由于固化反应较慢,收缩率较小;二是有较高的热变形温度,耐热性能优良,固化物色泽浅;三是机械、电性能优良。

但是,酸酐类固化剂所需的固化温度相对比较高,固化周期也比较长;不容易改性;在贮存时容易吸湿生成游离酸而造成不良影响(固化速度慢、固化物性能下降);固化产物的耐碱、耐溶剂性能相对要差一些,等等,则是这类固化剂的不足之处。

在已知的酸酐化合物中,多数正在被广泛用作环氧树脂固化剂,大约有20余种,可以分为单一型、混合型、共熔混合型。

从化学结构上分,则可分为直链型、脂环型、芳香型、卤代酸酐型;如按官能团分类,又有单官能团型、两官能团型,两官能团以上的多官能团型无实用价值。

和多胺类固化剂的情况相类似,官能团的数量也直接影响固化物的耐热性;另外,也可按游离酸的存在与否分类,因为游离酸的存在对固化反应起着促进作用。

环氧树脂固化剂概论

环氧树脂固化剂概论

环氧树脂是一类具有良好的粘接性、电绝缘性、化学稳定性的热固性高分子材料,作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体,广泛应用于建筑、机械、电子电气、航空航天等领域。

环氧树脂使用时必须加入固化剂,并在一定条件下进行固化反应,生成立体网状结构的产物,才会显现出各种优良的性能,成为具有真正使用价值的环氧材料。

因此固化剂在环氧树脂的应用中具有不可缺少的,甚至在某种程度上起着决定性的作用。

环氧树脂潜伏性固化剂是近年来国内外环氧树脂固化剂研究的热点。

所谓潜伏性固化剂,是指加入到环氧树脂中与其组成的单组分体系在室温下具有一定的贮存稳定性,而在加热、光照、湿气、加压等条件下能迅速进行固化反应的固化剂,与目前普遍采用的双组分环氧树脂体系相比,由潜伏性固化剂与环氧树脂混合配制而成的单组分环氧树脂体系具有简化生产操作工艺,防止环境污染,提高产品质量,适应现代大规模工业化生产等优点。

环氧树脂潜伏性固化剂的研究一般通过物理和化学的手段,对普通使用低温和高温固化剂的固化活性加以改进,主要采取以下两种改进方法:一是将一些反应活性高而贮存稳定性差的固化剂的反应活性进行封闭、钝化;二是将一些贮存稳定性好而反应活性低的固化剂的反应活性提高、激发。

最终达到使固化剂在室温下加入到环氧树脂中时具有一定的贮存稳定性,而在使用时通过光、热等外界条件将固化剂的反应活性释放出来,从而达到使环氧树脂迅速固化的目的。

本文就国内外环氧树脂潜伏性固化剂的研究进展作一基本概述。

1 环氧树脂潜伏性固化剂1.1 改性脂肪族胺类脂肪族胺类固化剂如乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等是常用的双组分环氧树脂室温固化剂,通过化学改性的方法,将其与有机酮类化合物进行亲核加成反应,脱水生成亚胺是一种封闭、降低其固化活性,提高其贮存稳定性的有效途径。

这种酮亚胺型固化剂与环氧树脂组成的单组分体系通过湿气和水分的作用而使酮亚胺分解成胺因此在常温下即可使环氧树脂固化。

但一般固化速度不快,使用期也较短,原因是亚胺氮原子上的孤对电子仍具有一定的开环活性。

(完整版)环氧树脂固化机理

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环氧树脂与酸酐类固化剂在有无催化剂的
条件下的固化机理
1. 酸酐固化环氧树脂体系比胺固化的体系具有更加优异的机械物理性能及高温稳定性能。

所以近年来它的应用十分广泛,但需要较高的固化温度和较长固化时间。

酸酐和环氧树脂的反应机理与其有无促进剂存在而有所不同,具体的情况如下:
(1)无促进剂存在时
首先由环氧树脂的羟基与酸酐反应生成含酯链的羧酸:
然后羧酸和环氧树脂的环氧基开环加成反应生成仲羟基:
生成的仲羟基再与另一个环氧基反应:
当然,仲羟基也可与另一个酸酐反应,重复以上步骤,最终引起环氧树脂的固化。

(2)促进剂存在时
在有路易斯碱(如叔胺)作为促进剂时,首先是叔胺进攻酸酐生成羧酸盐阴离子:
然后羧酸盐阴离子与环氧基反应生成氧阴离子:
氧阴离子与另一个酸酐反应生成羧酸盐阴离子:
综上所述,不管是无促进剂的加成聚合反应还是有促进剂的阴离子聚合反应,酸酐固化机理可以概括为:开环-酯化-醚化不断反复进行,直到环氧树脂交联固化。

(完整版)环氧树脂固化机理

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环氧树脂与酸酥类固化剂在有无催化剂的条件下的固化机理1.酸酊固化环氧树脂体系比胺固化的体系具有更加优异的机械物理性能及高温稳定性能。

所以近年来它的应用十分广泛,但需要较高的固化温度和较长固化时间。

酸酊和环氧树脂的反应机理与其有无促进剂存在而有所不同,具体的情况如下: (1)无促进剂存在时首先由环氧树脂的羟基与酸酊反应生成含酯链的陵酸:Q β-C.√vvw'R <+H/:—CH --------------------------- to .C^O —CHz --CH ------------ √w√v、。

/1CH当然,仲羟基也可与另一个酸醉反应,重更以上步骤,最终引起环氧树脂的固化。

(2)促进剂存在时在有路易斯碱(如叔胺)作为促进剂时,首先是叔胺进攻酸醉生成竣酸盐阴离子:C√wwCH2*~~CH -----0—CHj —CH^—>vvwI OH生成的仲羟基再与另一个环氧基反应:然后按酸和环氧树脂的环氧基开环加成反应生成仲羟基:C-o-RCf、0+R 3N -一C/ O然后峻酸盐阴离子与环氧基反应生成氧阴离子:C-N +R 3 R ∖+HiC —CH --------- 'λλzw -------------)C-O-\/ 0『+C-NRjR∖C —0—CH 2—CH ——√ww、综上所述,不管是无促进剂的加成聚合反应还是有促进剂的阴离子聚合反应,酸酊固化机理可以概括为:开环一酯化一酸化不断反复进行,直到环氧树脂交联固化。

/C —NR 3 -C-O-C一N +R 3C ——0——CH2—CH ——/ww氧阴离子与另一个酸醉反应生成瘦酸盐阴离子:。

环氧树脂固化反应的原理

环氧树脂固化反应的原理

环氧树脂固化反应得原理环氧树脂固化反应得原理,目前尚不完善,根据所用固化剂得不同,一般认为它通过四种途径得反应而成为热固性产物。

(1)环氧基之间开环连接; (2)环氧基与带有活性氢官能团得固化剂反应而交联; (3)环氧基与固化剂中芳香得或脂肪得羟基得反应而交联; (4)环氧基或羟基与固化剂所带基团发生反应而交联。

不同种类得固化剂,在硬化过程中其作用也不同、有得固化剂在硬化过程中,不参加到本分子中去,仅起催化作用,如无机物。

具有单反应基团得胺、醇、酚等,这种固化剂,叫催化剂、多数固化剂,在硬化过程中参与大分子之间得反应,构成硬化树脂得一部分,如含多反应基团得多元胺、多元醇、多元酸酐等化合物。

1、胺类固化剂胺类固化剂—般使用比较普遍,其硬化速度快,而且黏度也低,使用方便,但产品耐热性不高,介电性能差,并且固化剂本身得毒性较大,易升华、胺类固化剂包括;脂肪族胺类、芳香族胺类与胺得衍生物等。

胺本身可以瞧作就是氮得烷基取代物,氨分子(NH3)中三个氢可逐步地被烷基取代,生成三种不同得胺。

即:伯胺(RNH2)、仲胺(R2NH))与叔胺(R3N)、由于胺得种类不同,其硬化作用也不同: (1)伯胺与仲胺得作用含有活泼氢原子得伯胺及仲胺与环氧树脂中得环氧基作用、使环氧基开环生成羟基,生成得羟基再与环氧基起醚化反应,最后生成网状或体型聚合物。

(2)叔胺得作用与伯胺、仲胺不同,它只进行催化开环,环氧树脂得环氧基被叔胺开环变成阴离子,这个阴离子又能打开一个新得环氧基环,继续反应下去,最后生成网状或体型结构得大分子。

2、酸酐类固化剂酸酐就是由羧酸(分子结构中含有羧基—COOH)与脱水剂一起加热时,两个羧基除去一个水分子而生成得化合物。

酸酐类固化剂硬化反应速度较缓慢,硬化过程中放热少,使用寿命长,毒性较小,硬化后树脂得性能(如力学强度、耐磨性、耐热性及电性能等)均较好、但由于硬化后含有酯键,容易受碱得侵蚀并且有吸水性,另外除少数在室温下就是液体外。

环氧树脂的固化机理及其常用固化剂

环氧树脂的固化机理及其常用固化剂

环氧树脂得固化机理及其常用固化剂反应机理酸催化反应机理催化剂:质子给予体,促进顺序:酸〉酚>水>醇固化剂分类反应型固化剂▪可与EP分子进行加成,通过逐步聚合反应交联成体型网状结构▪一般含有活泼氢,反应中伴随氢原子转移,如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇与多元酚催化型固化剂▪环氧基按阳离子或阴离子聚合机理进行固化,如叔胺、咪唑、三氟化硼络合物常见固化剂▪脂肪胺固化剂▪芳香族多元胺▪改性多元胺▪多元硫醇▪酸酐类固化剂脂肪胺固化剂脂肪胺固化特点:▪活性高,可室温固化▪反应剧烈放热,适用期短▪一般需后固化,室温7d再80-100℃2h ▪固化物热形变温度低,一般80—90℃▪固化物脆性大▪挥发性及毒性大芳香族多元胺芳香族多胺特点:▪固化物耐热性好,耐化学性机械强度均优于脂肪族多元胺▪活性低,大多加热固化▪氮原子因苯环导致电子云密度降低,碱性减弱,以及苯环位阻效应▪多为固体,熔点高,工艺性差▪液化,低共熔点混合,多元胺与单缩水甘油醚加成改性多元胺a、环氧化合物加成:▪加成物分子量变大,沸点粘度增加,挥发性与毒性减弱,改善原有脆性b、迈克尔加成:▪丙烯腈与多元胺▪胺得活泼氢对α,β不饱与键能迅速加成▪腈乙基化物降低活性,改善与EP相容性特别有效c、曼尼斯加成:曼尼斯反应(Mannich reaction)为多元胺与甲醛、苯酚缩合三分子缩合。

▪产物能在低温、潮湿、水下施工固化EP▪典型产品T-31:二乙烯三胺+甲醛+苯酚▪适应土木工程用于混凝土、钢材、瓷砖等材料▪粘结得快速修复与加固d、硫脲—多元胺缩合:▪硫脲与脂肪族多元胺加热至100℃缩合放出氨气▪能在极低温下(0℃以下)固化EPe、聚酰胺化:▪9,11—亚油酸与9,12—亚油酸二聚反应▪然后2分子与DETA(二乙烯三胺)进行酰胺化反应挥发性毒性很小▪与EP相容性良好,化学计量要求不严▪固化物有很好得增韧效果▪放热效应低,适用期长,固化物耐热性较低,HDT为60℃左右多元硫醇▪类似于羟基▪聚硫醇化合物(液体聚硫橡胶)就就是典型多元硫醇,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▪EP常用固化剂,仅次于多元胺主要酸酐:▪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▪改性酸酐▪酸酐分子中负电性取代基则活性增强阴/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常用阴离子催化剂1、叔胺类多用DMP-10(二甲氨基苯酚),DMP-30,酚羟基显著加速树脂固化速率,放热量大适用期短,EP快速固化(24h/25℃)2、咪唑类多用液态2-乙基-4-甲基咪唑(仲胺活泼氢与叔胺),适用期长(8—10h),中温固化,热形变温度高,与芳香胺耐热水平(100℃)相当阳离子型固化剂,路易斯酸链终止于离子对复合常用阳离子催化剂▪路易斯酸:BF3,SnCl4,AlCl3等,为电子接受体▪BF3使用最多,具有腐蚀性,反应活性非常高一般与胺类或醚类络合物,如三氟化硼-乙胺络合物, BF3:400,为87℃结晶物质,室温稳定,离解温度90℃,离解后活性增大环氧树脂固化得三个阶段▪液体-操作时间:树脂/固化剂混合物仍然就是液体适合应用▪凝胶-进入固化:混合物开始进入固化相(也称作熟化阶段), 这时它开始凝胶或“突变”成软凝胶物。

(整理)环氧树脂的固化机理及其常用固化剂

(整理)环氧树脂的固化机理及其常用固化剂

3.8 环氧树脂通过逐步聚合反应的固化环氧树脂的固化剂,大致分为两类:(1)反应型固化剂可与EP分子进行加成,并通过逐步聚合反应的历程使它交联成体型网状结构。

特征:一般都含有活泼氢原子,在反应过程中伴有氢原子的转移。

如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇和多元酚等。

(2)催化型固化剂可引发树脂中的环氧基按阳离子或阴离子聚合的历程进行固化反应。

如叔胺、咪唑、三氟化硼络合物等。

3.8.1 脂肪族多元胺1、反应机理催化剂(或促进剂):质子给予体促进顺序:酸≥酚≥水>醇(催化效应近似正比于酸度)如被酸促进(先形成氢键)形成三分子过渡状态(慢)2、常用固化剂四乙烯五胺多乙烯多胺试比较它们的活性、粘度、挥发性与固化物韧性的相对大小?脂肪胺类固化剂的特点(1)活性高,可室温固化。

(2)反应剧烈放热,适用期短;(3)一般需后固化。

室温固化7d左右,再经2h/80~100℃后固化,性能更好;(4)固化物的热变形温度较低,一般为80~90 ℃;(5)固化物脆性较大;(6)挥发性和毒性较大。

课前回顾1、海因环氧树脂的结构式与主要性能特点?2、二氧化双环戊二烯基醚环氧树脂的特点?3、TDE-85环氧树脂的结构式与性能特点?4、脂肪族环氧树脂的特点及用途?5. 有机硅环氧树脂的特点?6、环氧树脂的固化剂可分为哪两类,分别按什么反应历程进行固化?特点是什么?两类固化剂的代表有哪些?7、脂肪族多元胺固化剂的催化剂有哪些?活性顺序是怎样的?8、常用的脂肪族多元胺有哪些?多乙烯多胺的结构通式?它们的活性与挥发性相对大小顺序?9、脂肪族多元胺类环氧固化剂的主要特点有哪些?3、化学计量胺的用量(phr)= 胺当量×环氧值胺当量= 胺的相对分子量÷胺中活泼氢的个数phr意义:每100份树脂所需固化剂的质量份数。

例题:分别用二乙烯三胺和四乙烯五胺固化E-44环氧树脂,试计算固化剂的用量(phr值)。

若E-44用10%的丙酮或者669(环氧值为0.75)稀释后(质量比为100:10),又如何计算? 胺当量(DETA)=103/5=20.6胺当量(TEPA)=189/7=27(1)未稀释,环氧值=0.44Phr(DETA)=0.44×20.6=9.1Phr(TEPA)=0.44×27=11.9(2)用丙酮稀释,环氧值=0.44×100/110=0.4Phr(DETA)=0.4×20.6=8.2Phr(TEPA)=0.4×27=10.8用669稀释,环氧值=0.44×100/110+0.75×10/110=0.468Phr(DETA)=0.468×20.6=9.6Phr(TEPA)=0.468×27=12.63.8.2 芳香族多元胺’二胺基二苯基甲烷(DDM)二胺基二苯砜(DDS)芳族多元胺固化剂的特点优点:固化物耐热性、耐化学性、机械强度均比脂肪族多元胺好。

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环氧树脂有机酸酐固化剂特点和反应机理有机酸酐类固化剂,也属于加成聚合型固化剂。

早在1936年,瑞士的Dr.pierre Castan 就开始用邻苯二甲酸酐固化的环氧树脂作假牙的材料。

这一用法后来还在英国和美国申请了专利。

酸酐类用作固化剂在1943年美国就有专利报导。

酸酐类固化剂用于大型浇铸等重电部门,至今仍是这类固化剂应用的主要方向。

日本这类固化剂消费量每年在3 kt以上,约占环氧树脂固化剂全部用量的23%,仅次于有机多胺的用量。

在我国,以邻苯二甲酸酐为固化剂的环氧树脂浇铸、以桐油酸酐为固化剂的环氧树脂电机绝缘,都有20多年的应用历史。

近年来,随着电气、电子工业的发展,酸酐类固化剂在中、小型电器方面也获得广泛的应用,特别是弱电方面,也获得了充分重视,如集成电路的包封、电容器的包封等。

在涂料方面,如粉末涂料,这类固化剂也受到重视。

酸酐类固化剂与多元胺类固化剂相比,有许多优点。

从操作工艺性上看,主要有以下几点:一是挥发性小,毒性低,对皮肤的刺激性小;二是对环氧树脂的配合量大,与环氧树脂混熔后粘度低,可以加入较多的填料以改性,有利于降低成本;三是使用期长,操作方便。

从固化物的性质上看,它主要特征有:一是由于固化反应较慢,收缩率较小;二是有较高的热变形温度,耐热性能优良,固化物色泽浅;三是机械、电性能优良。

但是,酸酐类固化剂所需的固化温度相对比较高,固化周期也比较长;不容易改性;在贮存时容易吸湿生成游离酸而造成不良影响(固化速度慢、固化物性能下降);固化产物的耐碱、耐溶剂性能相对要差一些,等等,则是这类固化剂的不足之处。

在已知的酸酐化合物中,多数正在被广泛用作环氧树脂固化剂,大约有20余种,可以分为单一型、混合型、共熔混合型。

从化学结构上分,则可分为直链型、脂环型、芳香型、卤代酸酐型;如按官能团分类,又有单官能团型、两官能团型,两官能团以上的多官能团型无实用价值。

和多胺类固化剂的情况相类似,官能团的数量也直接影响固化物的耐热性;另外,也可按游离酸的存在与否分类,因为游离酸的存在对固化反应起着促进作用。

这一类固化反应以有无促进剂的存在分成两种形式——一、在无促进剂存在时,首先环氧树脂中的羟基与酸酐反应,打开酸酐,然后进行加成聚合反应,其顺序如下:(1)羟基对酸酐反应,生成酯键和羧酸;(2)羧酸对环氧基加成,生成羟基;(3)生成的羟基与其他酐基继续反应。

这个反应过程反复进行,生成体型聚合物。

另外,在此种体系中,由于处于酸性状态,与上述反应平行进行的反应是别的环氧基与羟基的反应,生成醚键。

从上述机理中可以看出,固化物中含有醚键和酯键两种结构,而且反应速度受环氧基浓度、羟基浓度的支配。

二、在促进剂存在的条件下,酸酐固化反应用路易斯碱促进。

促进剂(一般采用叔胺)对酸酐的进攻引发反应开始,其主要反应有:(1)促进剂进攻酸酐,生成羧酸盐阴离子;(2)羧酸盐阴离子和环氧基反应,生成氧阴离子;(3)氧阴离子与别的酸酐进行反应,再次生成羧酸盐阴离子。

这样,酸酐与环氧基交互反应,逐步进行加成聚合。

在促进剂路易斯碱存在的条件下,生成的键全是酯键,未发现如同无促进剂存在时所生成的醚键。

在促进剂存在时,环氧树脂的固化速度也受体系内羟基浓度的支配。

因此,添加促进剂对液态环氧树脂非常有效,120~150℃即能完成固化反应。

但对于固态环氧树脂,则要充分注意适用期非常短的问题。

在促进剂不存在时,从理论上讲,应当一个环氧基对一个酸酐,而实际上仅用化学理论量的80%~90%就足够了。

在促进剂存在时,酸酐用量为化学理论量。

环氧树脂各种酸酐固化剂性能一、邻苯二甲酸酐(PA)邻苯二甲酸酐为传统的固化剂,至今用量仍很大,主要用于电器的浇铸。

邻苯二甲酸酐为白色结晶,熔点128℃,最大的特点是价格便宜,固化放热峰低,电气性能优良。

邻苯二甲酸酐加热时易升华,并且需要在较高的温度下才能与环氧树脂相混熔,这可能导致配合物使用期变短,因此,使用时必须格外注意。

二、四氢苯酐(THPA)四氢苯酐是顺丁烯二酸酐与丁二烯加成的产物,白色固体,熔点100℃,与环氧树脂混合比较困难,但没有升华性,可以改进PA大型浇铸配方的组份。

可用于电器浇铸方面,也可以用于粉末涂料、环氧树脂传递膜塑料的固化剂。

此外,还可以与苯酐、六氢苯酐一起混合作固化剂使用。

THPA经异构化,形成以下四种异构体。

这四种异构体组成的混合物,在室温下为液态,这种类型的固化剂,天津市津东化工厂生产的牌号为70酸酐。

异构化的THPA的技术指标如下——分子质量:152,酸当量:72,比重:1.26,黏度(4*杯):17.4s,折光指数n25:1.5021,熔点:室温液态。

三、六氢苯酐(HHPA)HHPA由THPA加氢而成,白色固体,有吸湿性,熔点36℃,在50~60℃时即易与环氧树脂混合,混合物黏度很低,使用期长,固化放热小,但应用的工艺性能较Me THPA、Me HHPA为差。

由于分子结构中无双键,所固化的环氧树脂为无色透明物,所固化的脂环族环氧树脂具有优良的耐候性能和耐漏电痕迹性能。

在美国,已用这类材料来浇铸发光二极管和外用的大型电器绝缘件。

此外,用HHPA固化的环氧树脂还可以用来制作药品贮槽和耐油阀体材料,它对在100℃的30%H2S04有良好的耐蚀性,也能较好地耐苯、甲苯和醇类等溶剂,但不耐碱和卤化烃类溶剂。

m(HHPA):m(THPA)=90:10的混合物在室温下为液态共熔混合物。

m(HHPA):m(HET)=70:30的混合物反应活性低,室温下为液态,可以构成阻燃酸酐配合物。

四、甲基四氢苯酐(Me THPA)用顺丁烯二酸酐分别与两种不同的二烯烃单体合成,可以得到两种结构不同的甲基四氢苯酐:4一甲基四氢苯酐和3一甲基四氢苯酐。

它们都是固态酸酐(熔点分别为65℃和63℃),很少单独作为固化剂使用。

经催化异构化可以得到同分异构的液态混合物。

商品的液态Me THPA为不同的异构体混合物,不同制造厂的产品异构体的组成比各不相同,表3-25为日本两个牌号的甲基四氢苯酐固化剂的有关性能指标。

由于甲基四氢苯酐固化的环氧树脂的电绝缘性能、机械强度、耐热性等综合性能较好,价格也相对便宜,因而用途比较广泛,主要用于发电机、机车马达线圈的浸渍,绝缘子、绝缘套管、变压器、互感器的浇铸,电视机电源变压器的灌封、,使甲基四氢苯酐成为一种最为通用的新型液态酸酐固化剂。

在美国,还用它作单丝缠绕成型玻璃钢的固化剂,用于制造原油输送管、灌溉用管、兵器及宇航部件等。

五、甲基六氢苯酐(MeHHPA)甲基六氢苯酐是MeTHPA加氢的产物。

如前述MeTHPA有不同的异构体,因此,商品化的MeHHPA也随制造厂不同而在性能上略有差异。

表3—26列出了日本的三种牌号的甲基六氢苯酐固化剂的性能指标。

与MeTHPA相比较MeHHPA具有不同特点。

主要有:(1)分子结构中不含双键,并且无色透明,所以可用于浇铸无色透明的固化物,用来生产发光二极管、镜片、激光磁盘等产品;(2)由于分子结构相对的非极性,所以其固化物具有较好的耐湿性;(3)其固化物的热变形温度较高,所需的固化时间较短,有利于大型电机的浸渍成型;(4)由于分子结构中不含双键,所以其固化的环氧树脂具有较好的耐气候性能。

从不同配方浇铸物固化后的特性数据,可以看出组份中使用脂环族环氧树脂或者使用MeHHPA固化剂的,有较高的热变形温度;组份中使用HHPA,或者MeHHPA、或者脂环族环氧树脂的,在高温下其介电常数和介质损耗角正切也都比较低。

这些都说明,树脂或者固化剂中的双键对固化物的性能有一定的影响。

六、甲基纳迪克酸酐(MNA)又称甲基内次甲基四氢邻苯二甲酸酐(MHAC),由顺丁烯二酸酐与甲基环戊二烯通过双烯加成反应生成。

这是一种有较长应用历史的液态酸酐固化剂,在国外广泛通用。

对双酚A 型环氧树脂(液态)用量为70%~90%,加入0.5%的叔胺类后,在室温下仍有两个月的适用期,固化条件为120℃/16h+180℃/lh。

如果采用阶梯升温固化条件:90℃/2h+120℃/2h+160℃/4h,可以得到综合性能更好的固化物。

商品MHAC的有关性能如下——外观:淡黄色透明液体,色泽(加德纳法):1,比重(25℃):1.23,黏度/(25℃,mPa·s):200~230,凝固点/℃:<-15,中和当量:88~92,相对分子质量:178。

与Me THPA、Me HHPA相比,MNA的黏度稍高一点,但其吸湿性小,与环氧树脂混合物的使用期长,固化时放热量少,固化后体积收缩小,固化物颜色浅,电气性能,特别是耐电弧性优良,因而国外广泛用于电器绝缘材料,尤其是大型电器(大型电机和大型变压器等)的绝缘材料。

另外,MNA固化的环氧树脂具有较高的热变形温度,和良好的高温长期热稳定性,因此,还用于制作要求可靠性极高的半导体封装材料和碳纤维增强塑料。

表3-28列出了用MHAC固化的环氧树脂的有关性能。

七、偏苯三甲酸酐(TMA)及其改性物偏苯三甲酸酐(TMA)为白色晶体,熔点168℃,分子质量192,与双酚A 型环氧树脂反应较快,所得到的固化物耐热性(HDT)能达到200℃,另外,还具有良好的化学稳定性,耐药品性能好,电气性能也十分优良。

固化100份双酚A型环氧树脂时,加入量为33份,但需要研成粉末,均匀分散于树脂中,加热至125℃才能溶解。

TMA能溶于丙酮中,也能溶于丙酮与环氧树脂的溶液中。

这两种溶液都可以用作芳胺固化剂的促进剂。

TMA由于熔点高而应用困难,现在用乙二醇、丙三醇对其改性,制成酯类,目前已用于涂料方面,具有较好的应用前景。

八、脂肪族酸酐和脂肪聚酐脂肪酸酐应用较多的是十二烯基琥珀酸酐(DDSA),它由丙烯四聚体和顺丁烯二酸酐反应合成,常温下呈液态。

这种酸酐与环氧树脂混熔性好,配合料有较长使用期。

多与其他酸酐配合使用,以提高其固化物的热变形温度。

美国在电气绝缘产品成型中,应用这种固化剂已有多年业绩,而且用量比较大。

脂肪聚酐脂肪聚酐是脂肪族二元羧酸经分子间脱水反应缩合而成的产物,其中以聚己二酸酐、聚壬二酸酐和聚癸二酸酐较常用。

在我国环氧树脂浇铸行业中,这类线型聚酐常用作增韧固化剂。

目前,国内已生产的主要是PAPA、PSPA两种。

PAPA的分子质量为2000~5000,白色粉末,熔点60℃,易吸水,60℃时黏度为0.8~1Pa·s。

PAPA用量一般为E-51环氧树脂100g;PAPA 70g;DMP一30 lg。

固化物延伸率为100%,拉伸强度35MPa,在150℃下热老化8周,失重仅为1%左右。

PAPA熔点偏高,可与其它多种酸酐形成低温共熔混合物,以方便应用工艺操作。

PSPA的熔点80℃,一般与液态双酚A型环氧树脂配合,用量为每100g树脂加入85g,加人DMP-30 1份,在90℃时使用期为1h,120℃下固化2h后,拉伸强度可达21MPa,延伸率为80%。

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