固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑,是一類(lèi)增進(jìn)或控制固化反應的物質(zhì)或混合物。樹(shù)脂固化是經(jīng)過(guò)縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學(xué)反應,使熱固性樹(shù)脂發(fā)生不可逆的變化過(guò)程,固化是通過(guò)添加固化(交聯(lián))劑來(lái)完成的。固化劑是必不可少的添加物,無(wú)論是作粘接劑、涂料、澆注料都需添加固化劑,否則環(huán)氧樹(shù)脂不能固化。 固化劑的品種對固化物的力學(xué)性能、耐熱性、耐水性、耐腐蝕性等都有很大影響。
溫度特性
固化劑的固化溫度和耐熱性
各種固化劑的固化溫度各不相同,固化物的耐熱性也有很大不同。一般地說(shuō),使用固化溫度高的固化劑可以得到耐熱優(yōu)良的固化物。對于加成聚合型固化劑,固化溫度和耐熱性按下列順序提高:
脂肪族多胺<脂環(huán)族多胺<芳香族多胺<酚醛<酸酐
催化加聚型固化劑的耐熱性大體處于芳香多胺水平。陰離子聚合型(叔胺和咪唑化古物)、陽(yáng)離子聚合型(BF3絡(luò )合物)的耐熱性基本上相同,這主要是雖然起始的反應機理不同,但最終都形成醚鍵結合的網(wǎng)狀結構。
固化反應屬于化學(xué)反應,受固化溫度影響很大,溫度增高,反應速度加快,凝膠時(shí)間變短;凝膠時(shí)間的對數值隨固化溫度上升大體呈直線(xiàn)下降趨勢。但固化溫度過(guò)高,常使固化物性能下降,所以存在固化溫度的上限;必須選擇使固化速度和固化物性能折中的溫度,作為合適的固化溫度。按固化溫度可把固化劑分為四類(lèi):低溫固化劑固化溫度在室溫以下;室溫固化劑固化溫度為室溫~50℃;中溫固化劑為50~100℃;高溫固化劑固化溫度在100℃以上。屬于低溫固化型的固化劑品種很少,有聚琉醇型、多異氰酸酯型等;國內研制投產(chǎn)的T-31改性胺、YH-82改性胺均可在0℃以下固化。屬于室溫固化型的種類(lèi)很多:脂肪族多胺、脂環(huán)族多胺;低分子聚酰胺以及改性芳胺等。屬于中溫固化型的有一部分脂環(huán)族多胺、叔胺、瞇唑類(lèi)以及三氟化硼絡(luò )合物等。屬于高溫型固化劑的有芳香族多胺、酸酐、甲階酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、雙氰胺以及酰肼等。
對于高溫固化體系,固化溫度一般分為兩階段,在凝膠前采用低溫固化,在達到凝膠狀態(tài)或比凝膠狀態(tài)稍高的狀態(tài)之后,再高溫加熱進(jìn)行后固化(post-cure),相對之前段固化為預固化(pre-cure)。
結構特性
固化劑的固化溫度和固化物的耐熱性有很大關(guān)系。同樣地,在同一類(lèi)固化劑中,雖然具有相同的官能基,但因化學(xué)結構不同,其性質(zhì)和固化物特性也不同。因此,全面了解具有相同官能基而化學(xué)結構不同的多胺固化劑的性狀、特點(diǎn),對選擇固化劑來(lái)說(shuō),是很重要的。
在色相方面,脂環(huán)族最淺,基本上是透明的,而脂肪族和芳香族,其著(zhù)色程度相當顯著(zhù)。在黏度方面,也有很大不同,脂環(huán)族不過(guò)零點(diǎn)零幾Pa·s,而聚酰胺則非常黏稠,達數Pa·s,芳香族胺多為固態(tài)。適用期長(cháng)短正好與固化性完全相反,脂肪族反應性最高,而脂環(huán)族、酰胺、芳香族依次降低。
色相:(優(yōu))脂環(huán)族→脂肪族→酰胺→芳香胺(劣)
熟度:(低)脂環(huán)族→脂肪族→芳香族→酰胺(高)
適用期:(長(cháng))芳香族→酰胺→脂環(huán)族→脂肪族(短)
固化性:(快)脂肪族→脂環(huán)族→酰胺→芳香族(慢)
刺激性:(強)脂肪族→芳香族→脂環(huán)族→酰胺(弱)
多胺類(lèi)固化劑的化學(xué)結構和性質(zhì)
另外,在光澤、柔軟性、粘接性、耐酸性、耐水性方面,也呈一定規律性。
光澤:(優(yōu))芳香族→脂環(huán)族→聚酰胺一脂肪胺(劣)
柔軟性:(軟)聚酰胺→脂肪族→脂環(huán)族→芳香族(剛)
粘接性:(優(yōu))聚酰胺→脂環(huán)族→脂肪族→芳香族(良)
耐酸性:(優(yōu))芳香族→脂環(huán)族→脂肪族→聚酰胺(劣)
耐水性:(優(yōu))聚酰胺→脂肪胺→脂環(huán)胺→芳香胺(良)
多胺類(lèi)固化劑的化學(xué)結構和與雙酚A樹(shù)脂固化物的性質(zhì)
對光澤來(lái)說(shuō),芳香族最好,脂肪族最差。此性質(zhì)受固化溫度的影響,隨溫度升高,光澤變好。至于柔軟性,官能基間距離長(cháng)的聚酰胺更優(yōu)良一些,而交聯(lián)密度高的芳香胺則差。耐熱性與柔軟性正好相反,而粘接性則與柔軟性一致。耐藥品性(耐酸性)受化學(xué)結構影響,芳香族比較優(yōu)良,脂肪胺和聚酰胺則易受化學(xué)藥品腐蝕。耐水性受官能基質(zhì)量濃度的支配,官能基質(zhì)量濃度低、疏水度高的聚酰胺類(lèi)更耐水,而官能基質(zhì)量濃度高的芳香族則差一些。
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