環氧樹脂固化劑

　　環氧樹脂固化劑是與環氧樹脂發生化學反應，形成網狀立體聚合物，把復合材料骨材包絡在網狀體之中。使線型樹脂變成堅韌的體型固體的添加劑。包括多種類型。

環氧樹脂固化劑分類

（1）堿性和酸性類固化劑

　　堿性類固化劑：包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。

　　酸性類固化劑：包括有機酸、酸酐、和三氟化硼及其絡合物。

（2）加成型和催化型固化劑

　　加成型固化劑：這類固化劑與環氧基發生加成反應構成固化產物一部分鏈段，并通過逐步聚合反應使線型分子交聯成體型結構分子，這類固化劑又稱瓜型固化劑。

　　催化型固化劑：這類固化劑僅對環氧樹脂發生引發作用，打開環氧基后，催化環氧樹脂本身聚合成網狀結構，生成以醚鍵為主要結構的均聚物。

（3）顯在型固化劑和潛伏型固化劑

　　顯在型固化劑為普通使用的固化劑，又可分為加成聚合型和催化型。所謂加成聚合型即打開環氧基的環進行加成聚合反應，固化劑本身參加到三維網狀結構中去。這類固化劑，如加入量過少，則固化產物連接著末反應的環氧基。因此，對這類固化劑來講，存在著一個合適的用量。而催化型固化劑則以陽離子方式，或者陰離子方式使環氧基開環加成聚合，最終，固化劑不參加到網狀結構中去，所以不存在等當量反應的合適用量；不過，增加用量會使固化速度加快。

　　潛伏型固化劑指的是與環氧樹脂混合后，在室溫條件下相對長期穩定(一環氧樹脂般要求在3個月以上，才具有較大實用價值，最理想的則要求半年或者1年以上)，而只需暴露在熱、光、濕氣等條件下，即開始固化反應。這類固化劑基本上是用物理和化學方法封閉固化劑活性的。在顯在型固化劑中，雙氰胺、己二酸二酰肼這類品種，在室溫下不溶于環氧樹脂，而在高溫下溶解后開始固化反應，因而也呈現出一種潛伏狀態。所以，在有的書上也把這些品種劃為潛伏型固化劑，實際上可稱之為功能性潛伏型固化劑。因為潛伏型固化劑可與環氧樹脂混合制成一液型配合物，簡化環氧樹脂應用的配合手續，其應用范圍從單包裝膠黏劑向涂料、浸漬漆、灌封料、粉末涂料等方面發展。潛伏型固化劑在國外日益引起重視，可以說是研究與開發的重點課題，各種固化劑改性新品種和配合新技術層出不窮，十分活躍。

　　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，使用固化溫度高的固化劑可以得到耐熱優良的固化物。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)、陽離子聚合型(BF3絡合物)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狀結構。

　　固化反應屬于化學反應，受固化溫度影響很大，溫度增高，反應速度加快，凝膠時間變短；凝膠時間的對數值隨固化溫度上升大體呈直線下降趨勢，但固化溫度過高，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衷的溫度，作為合適的固化溫度。

　　按固化溫度可把固化劑分為四類：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；近年來國內研制投產的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很多：脂肪族多胺、脂環族多胺；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族多胺、叔胺、瞇唑類以及三氟化硼絡合物等。屬于高溫型固化劑的有芳香族多胺、酸酐、甲階酚醛樹脂、氨基樹脂、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，在達到凝膠狀態或比凝膠狀態稍高的狀態之后，再高溫加熱進行后固化(post-cure)，相對之前段固化為預固化(pre-cure)。

　　環氧樹脂必須與固化劑反應以生成三向立體結構才具有實用價值。因此固化劑的結構與品質將直接影響環氧樹脂的應用效果。國外對固化劑的研究與開發遠比環氧樹脂活躍，與環氧樹脂品種相比，固化劑品種更多，且保密性很強。每開發一種新的固化劑就可以解決一個方面的問題，就相當于開發一種新的環氧樹脂或開辟了環氧樹脂一個新的用途。可見，開發新型固化劑遠比開發新型環氧樹脂更為重要。

　　90年代以來，世界環氧樹脂固化劑發展趨勢出現了許多新的特點，主要有以下幾方面。

1．從固化劑類型看，出現很多品種

　　①新品種層出不窮，胺系仍居首位，其次是酸研系。

　　②含 P、 Si、 B、 F、 Mg等元素的“半無機高分子”固化劑以其獨特的性能引起人們關注。

　　③改性的硫醇系和改性的酚系固化劑也有不同程度的發展。④末端有硫醇基的新的嵌段共聚物大量投放市場。

2．從固化劑發展方向看，已出現六大趨勢

　　①功能性固化劑成為人們研究開發的熱點。

　　1.多功能性(具有固化、增韌、阻燃、促進等功能)固化劑成為人們追求的理想產品。

　　由于開發全新結構且富有優異性能的環氧樹脂進展不大，從而適應樹脂改性要求的功能助劑成為人們追求的目標，一劑多能產品越來越多。

　　2.快速固化、低溫固化及最小吸水率的固化劑發展迅速。3)特殊功能的固化劑也有了很大發展，如彈性固化劑。

　　②固化劑低毒、無毒化。

　　現代固化劑發展中的一個特點是，人們不僅關注固化劑在生產和使用過程中的毒性及環境污染問題，而且重視廢棄環氧樹脂制品的環境污染問題。在發達國家，初級的多烯多膠、芳香胺已全部被無毒或低毒的改性胺所取代。

　　③適應特殊環境(潮濕、水下、戶外等)使用的固化劑頗受歡迎。

　　④為適應環氧樹脂的高性能化要求，電性能、力學性能、機械性能優良的固化劑將得到很大發展。

　　⑤電子束和光固化型固化劑愈來愈引起人們的重視。

　　⑥粉末涂料專用固化劑、水性環氧樹脂涂料專用水溶性固比劑和單組分膠粘劑專用固化劑用量很大，前景廣闊。

3．從制造技術看，有如下趨勢

　　①改性技術倍受青睬，應用日益廣泛，如：脂肪胺改性；—環氧樹脂香胺改性(尤其是間苯二胺、間苯二甲胺改性)；酸配改性及液態化；雙氰胺改性及液態化(我國近期對液態雙氰胺的年需求量約為1000噸)；咪唑改性及液態化，以及改性低分子量聚酷胺。

　　②復配增效和集裝化技術方興未艾。受毒性、環保法規、成本、效能等因素制約，全新結構的固化劑開發愈加困難，通過復配集裝而提高效能日益成為開發新型固化劑的有效途徑。

　　③固態固化劉液態化技術很有發展前途，如常溫下呈固態的酸酐、雙氰胺等通過改性使其在常溫下至液態，不僅能提高其操作和使用性能，又能節省能源。

　　④固化劑生產操作和包裝精細化。

4．固化劑發展的動力——用戶及市場拉動

　　①用戶對固化劑提出了更高、更新的要求，如：

　　1.使用絕對安全可靠，適應全球環保、衛生及安全性潮流；

　　2.應用效果顯著提高，品質卓越突出；

　　3.使用、貯運方便；

　　4.價、質比適宜，成本—效能平衡，令人樂于購買和使用；

　　5.高純化、透明化。

　　②朝系列化、專用化、配套化、精細化發展。

　　③在符合環保法規和滿足用戶需求的前提下，不斷降低成本，實現較高利潤是固化劑廠家的長期任務。

　　④固化劑生產廠與固化劑用戶結成的伙伴關系，是固化劑企業成功的必經之路。

5．從市場競爭和發展戰略角度看

　　已出現以下趨勢：

　　①注重培養高素質綜合性的固化劑研究開發人才；

　　②固化劑生產廠技術改造和新產品開發異常活躍；

　　③強化科研一生產一應用一經營管理研究開發體系；

　　④加強知識產權保護；

　　⑤與環氧樹脂配套發展，互相促進。