环氧固化剂 聚硫醇
环氧树脂的固化机理及其常用固化剂
（4）硫脲-多元胺缩合物 由多元胺和硫脲反应制得，为低温固化剂。 硫脲和脂肪族多元胺在加热到100℃以上，进行 缩合反应放出氨气，生成缩合物：
S H2N C NH2 + NH2(CH2)nNH2 S S H2N (CH2)n NH C N H m S
或 H2N CNH (CH2)nNH CNH H + NH3 m
胺当量（DETA）=103/5=20.6 胺当量（TEPA）=189/7=27 （1）未稀释，环氧值=0.44 Phr（DETA）=0.44×20.6=9.1 Phr（TEPA）=0.44×27=11.9 （2）用丙酮稀释， 环氧值=0.44×100/110=0.4 Phr（DETA）=0.4×20.6=8.2 Phr（TEPA）=0.4×27=10.8 用669稀释， 环氧值=0.44×100/110+0.75×10/110=0.468 Phr（DETA）=0.468×20.6=9.6 Phr（TEPA）=0.468×27=12.6
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）
CH2 CH O HX R + CH2 CH HX O R
如被酸促进（先形成氢键）
R" R" NH R' HX + CH2 CH O R R'
NH CH2 CH O R
+
_
HX
形成三分子过渡状态（慢）
R" R' NH CH2 CH O R
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？
硫醇固化剂种类
1. 二硫醇
二硫醇是硫醇类固化剂的最基本的种类，其结构式为R-S-S-R，其中R为有机基团。
在环氧地坪、聚氨酯涂料和结构胶等领域广泛应用，能有效提高材料的强度和硬度。
2. 多硫醇
多硫醇与二硫醇类似，只是其中硫原子的数量更多，能够与环氧树脂等联接得更加紧密。
其缺点是固化速度较慢，需要与促进剂一起使用。
3. 单硫醇
单硫醇的结构中只有一个硫原子，所以其与环氧树脂的反应速度较慢。
但由于单硫醇的反应比较温和，因此它常常和多硫醇一起使用，以调节硬化速率和固化气体释放。
环氧树脂固化剂,大致分为两类(1)反应型固化剂可
CH
CH CH2 CH CH
CH
CH2 4 CH3
CH2 5 CH3
然后与2分子DETA进行酰胺化反应
聚酰胺固化剂的特点
（1）挥发性和毒性很小； （2）与EP相容性良好； （3）化学计量要求不严，用量可在40~100phr
间变化； （4）对固化物有很好的增韧效果； （5）放热效应低，适用期较长。 缺点： 固化物的耐热性较低，HDT为60℃左右。
可被路易士碱（如叔胺）促进
O O+ O
R3 N
O
＋
C N R3
C O— O
生成羧酸盐阴离子
O
＋
C N R3 +
C O—
O
CH2 CH CH2 O
O
＋
C N R3
C O CH2 CH CH2
O
O—
O
＋
C N R3
C O CH2 CH CH2
O
O—
O
+
O
O
氧阴离子与酸酐反应生成酯化结构
生成氧阴离子
O
＋
3.8.2 芳香族多元胺
N H2
N H2
间苯二胺
CH2 N H2 CH2 N H2
间苯二甲胺
H2N
CH2
N H2
4,4’二胺基二苯基甲烷（DDM）
H2N
SO2
N H2
4,4’二胺基二苯砜（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。（分子中含一个或多个苯环） 缺点：（1）活性低，大多需加热后固化。 原因：与脂肪族多元胺相比，氮原子上电子云密 度降低，使得碱性减弱，同时还有苯环的位阻效 应； （2）大多为固体，其熔点较高，工艺性较差。
聚硫醇固化剂的制备与研究进展
该 固 化 剂 具 有 较 高 的 热 稳 定 性 ， 但 是 原 料 昂 贵 ， 反 应 条 件 较 为 苛 刻 。 于 春 松 等 按 定 比例 将 ２ ，２ ’ ＿ 二 巯 基 乙硫 醚 （ Ｍ Ｅ Ｓ ） 、 三 羟 甲基 丙 烷 三 丙 烯 酸 酯 （ Ｔ Ｍ Ｐ Ｔ Ａ ） 以及 三 乙胺
聚硫 醇 固化剂 是 指 化合 物 末 端 含有２ 个 或 ２ 个 以上 的巯 基 （ 一 Ｓ Ｈ ） ，在 加 入 叔 胺 类 促 进 剂 时 ， 能 够 与 环 氧 树 脂 在 室 温 下 实 现５ ｍ ｉ ｎ 快 速 凝 胶 的 一 类 固 化 剂 。 聚 硫 醇 固 化 剂 相 比 于 胺 类 、 酸 酐 类 等 其 他 固 化 剂 具 有 低 温 快 速 固 化 等 特 点 ， 可 以 满 足 某 些 冬 季 室 外 温 度 较 低 的 地 区 ， 有 效 提 高 了 工 程 建 设 的 效 率 ， 同 时 还 具 有 含 硫 的柔 性 链 段 以及 较 高 的 折 射 率 ， 在 增 加 树 脂 的 韧 性 以 及 透 明 性 方 面 具 有 很 高 的 应 用 价 值 ， 因 此 聚 硫 醇 的 制 备 研 究 成 为 国 内 近 些 年 的研 究 重 点 。 聚 硫 醇 的制 备 方 法 主 要 包 括 以 下 几 种 ： ① 过 量 的 低 分 子 二 巯 基 丁 烷 与 丙 烯 酸 酯 类 化 合 物 加 成 ； ② 含 有 氯 的 多 元 醚 醇 与 硫 氢 化 钠
收 稿 日期 ：２ ０ １ ７ — ０ ６ — ０ ８ 作者简介：刘 明哲 （ １ ９ ９ ４ 一 ），男 ，硕士 。研 究方 向：功 能高分子材料 、环氧胶粘剂。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｌ ｍ ｚ ６ ５ ２ ５ ８ ３ ３ ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ 。 通 讯 联 系 人 ：敬 波 ，男 ，副 教 授 。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｊ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ｘ ｔ ｕ ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ 。
环氧树脂的固化机理及常用固化剂
环氧树脂的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1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、多元硫醇和多元酚2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1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2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3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▪胺的活泼氢对α,β不饱和键能迅速加成▪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）为多元胺和甲醛、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▪粘结的快速修复和加固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▪固化物有很好的增韧效果▪放热效应低，适用期长，固化物耐热性较低，HDT为60℃左右4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5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1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（仲胺活泼氢和叔胺），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2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的三个阶段▪液体-操作时间：树脂/固化剂混合物仍然是液体适合应用▪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。
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。
环氧树脂的固化机理及其常用固化剂
（4）硫脲-多元胺缩合物 由多元胺和硫脲反应制得，为低温固化剂。 硫脲和脂肪族多元胺在加热到100℃以上，进行 缩合反应放出氨气，生成缩合物：
S H2N C NH2 + NH2(CH2)nNH2 S S H2N (CH2)n NH C N H m S
或 H2N CNH (CH2)nNH CNH H + NH3 m
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？
H2N CH2 N H2
性态：白色结晶，熔点89 ℃ ，在日光下长时间暴露 也会变成黑色； 特点： （1）反应活性比MPD 低； （2）热稳定性好，固化物即使在高温下也保持良好 的力学性能与电性能； （3）主要用于浇铸、层压配方中。
二氨基二苯基砜（DDS）
H2N SO2 N H2
性态：浅黄色粉末，熔点178 ℃ ，暴露于空气或见光 会氧化变成淡红色； 特点： （1）活性在芳香胺中最低。（砜基的吸电子效应） 无促进剂，最终固化温度高达175~200 ℃； （2）固化物高耐热，在所有胺类固化剂中HDT最高。 如固化E型环氧的HDT可达193 ℃ ； （3）适用于耐热胶粘剂及耐热层压材料。
CH2
NH
CH2
CH2
N H2
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1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、多元硫醇和多元酚2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1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2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3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▪胺的活泼氢对α,β不饱和键能迅速加成▪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）为多元胺和甲醛、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▪粘结的快速修复和加固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▪固化物有很好的增韧效果▪放热效应低，适用期长，固化物耐热性较低，HDT为60℃左右4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5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1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（仲胺活泼氢和叔胺），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2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的三个阶段▪液体-操作时间：树脂/固化剂混合物仍然是液体适合应用▪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。
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环氧固化剂是用于固化环氧树脂的化学物质，聚硫醇是其中一种常用的固化剂。
聚硫醇是一类含有硫醇基的高分子化合物，其分子结构中含有易于反应的活性基团。
在环氧树脂的固化过程中，聚硫醇可以与环氧树脂中的环氧基团发生加成反应，形成交联网络结构，从而使环氧树脂固化成为坚硬的材料。
聚硫醇固化剂具有固化速度快、固化后硬度高、耐热性好等优点，因此在环氧树脂的应用中得到了广泛的应用。
需要注意的是，聚硫醇是一种有毒物质，应避免直接接触或吸入其蒸汽。
在使用聚硫醇固化剂时，应佩戴适当的防护装备，避免接触皮肤或吸入气体。
同时，应遵守相关安全操作规程，确保使用过程中不会造成安全事故。