环氧树脂可以耐多少温度(环氧固化剂的固化速度详解)

环氧树脂本身是热塑性的半成品，需要加入另一种组分作为固化剂才能使其固化。由于环氧树脂中含有的环氧基团及仲羟基可以进行许多反应，胺类、酸酐类、聚酰胺类、硫醇类等物质均可与环氧基团反应，交联固化形成网状大分子结构，因此其固化剂的品种繁多。

环氧树脂应用技术的发展与固化剂的结构、规格和质量密切相关。运用固化剂实现环氧树脂理想的应用效果，是配方设计的主要任务。

一、环氧固化剂的分类：

环氧树脂的固化剂按反应类型，大致分为两类：

第1类，反应型固化剂。即可与环氧分子进行加成反应，并通过逐步聚合反应的历程使它交联成体型网状结构的化合物。其特征是一般都含有活泼氢原子，在反应过程中伴有氢原子的转移，比如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇和多元酚等。

第2类，催化型固化剂。即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的化合物，比如叔胺、咪唑、三氟化硼络合物等。

环氧树脂的固化剂按化学类型大致可分为3类：

第1类，碱性固化剂，比如脂肪族二胺、多胺、芳香胺、咪唑、双氰胺、改性胺、低分子聚酰胺。

第2类，酸性固化剂，比如酸酐、BF3及其络合物。

第3类，合成树脂类固化剂，比如低分子聚酰胺、酚醛、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、聚酯、糠醛，硫醇等。

环氧树脂的固化剂按固化温度可分为高温（>100℃）、中温（50~100℃）、室温（室温~50℃）和低温（室温以下）4类固化剂。

二、适用于快速固化的固化剂

常见的快速环氧固化剂有咪唑类、硫醇类、胺类（多为脂肪族多胺，脂环族多胺以及低分子聚酰胺）化合物和络合物（如三氟化硼-胺）等。

其中胺类固化剂固化速度由快到慢依次为：

脂肪族胺＞脂环族胺＞低分子聚酰胺＞芳香族胺。

1、咪唑类固化剂

咪唑是含有两个氮原子的五元环，一个氮原子构成仲胺，另一个氮原子构成叔胺，既能利用仲胺基的活泼氢对环氧基团进行加成反应，又能借助叔氮原子像叔胺那样，作为阴离子聚合型固化剂固化环氧树脂。因此它可以单独用作环氧树脂的固化剂，也可作为其他固化剂，如双氰胺、酸酐、酚醛树脂等的固化促进剂。

咪唑类固化剂具有多方面的优点：

（1）用量少（一般为树脂用量的0.5%~10%），挥发性低，毒性小。

（2）固化活性较高，中温条件下短时间即可固化。

（3）固化物热变形温度高，具有优异的耐化学介质性、电绝缘性能和力学性能。

（4）除用作主固化剂外，还可作为辅助固化剂和固化促进剂，能够明显改善环氧树脂固化体系的性能。

咪唑类固化剂的固化机理如下：

常用咪唑类环氧固化剂存在耐介质性和耐湿热老化性较差的缺点和不足，为解决这些问题，可对其进行改性，合成新型咪唑衍生物。具体方法是利用咪唑化合物咪唑环上1位氮原子和3位氮原子的反应活性与其它化合物反应，对咪唑分子上的活性点（仲胺基、叔胺基）通过形成空间位阻进行封闭，从而降低其反应活性，并改善其与环氧树脂的相容性，同时赋予环氧树脂固化物特殊的性能。

咪唑及其改性物质是一类很重要的阴离子聚合型环氧树脂固化剂，用量少，适用期长，中温固化，挥发性小，低毒或无毒，固化物性能优良，在电子工业中作为快速固化剂已备受青睐。经过改性后的咪唑类固化剂主要用于粉末涂料中，所得涂层具有较好的柔韧性和机械性能。

2、硫醇类固化剂

硫醇分子中含有巯基，巯基可与环氧基反应形成共聚物，硫醇配以少量叔胺即可作为固化剂使用，在涂料应用中其主要用于快速修补及冬季作业场合，具有其他固化剂无法替代的优势。

硫醇类固化剂的固化机理如下：

为了扩大硫醇类固化剂的应用范围，对其进行改性，巯基中带有非常活泼的氢，很容易被路易斯碱或自由基夺去，通过多巯基可与多种大分子树脂发生亲核加成或自由基加成反应，从而增加其相对分子质量，延长适用期，提高涂层的柔韧性和防腐性能。

硫醇及其改性固化剂是一类主要的反应型固化剂，其固化时间非常短，通过改性后延长了其适用期，使涂层的柔韧性、附着力及机械性能等均得到很大的提高，在快速修补及内舱快固化等领域得到快速发展和大量应用。

3、胺类固化剂

在快速固化领域，现在市场上胺类固化剂种类较多，其中多为脂肪族多元胺固化剂。常用的脂肪族多元胺固化剂有乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺等。脂肪族多元胺含有高度活泼的氢，是强亲核试剂，在室温下就能打开环氧树脂的环氧基，短时间内即可凝胶使之固化。但其毒性较大，对人体皮肤刺激性强，与环氧树脂的反应体系放热量大、适用期短、固化物柔韧性差。

脂环族胺类固化剂（如异佛尔酮二胺）具有饱和六元环结构，且具有与聚醚胺结构类似的特点——空间构象多、柔韧性好，同时又具有与芳香胺结构类似的特点——环状结构的刚性和强度，通过结构设计有望结合强度和柔韧性于一身。脂环族胺多数为低黏度液体，适用期比脂肪族胺长，固化物的色度、光泽优于脂肪族胺和聚酰胺。

低分子聚酰胺是由植物油二聚脂肪酸与脂肪族多元胺反应而成的淡黄色或棕黄色黏稠状液体，相对分子质量500~9000。其组成复杂，含有伯胺、仲胺和酰胺基，可在室温下固化环氧树脂，对金属、玻璃、陶瓷、木材等均有良好的黏结力。低分子聚酰胺体系的特点是收缩率小，固化物的尺寸稳定性优良；拉伸、弯曲、压缩强度优良；机械强度、热冲击强度优良，电气性能优良；黏结性优良；耐水性、耐药品性优良。此外，低分子聚酰胺几乎不挥发，毒性很低，不刺激皮肤和粘膜。

胺类固化剂的固化机理如下：

第一步：伯胺进攻环氧基并使之开环，形成仲羟基和仲胺基。

第二步：仲胺基进一步与环氧基反应，形成一个叔胺基和另一个仲羟基。

第三步：上述2个过程中生成的—OH又可在叔胺的催化下打开环氧基团生成醚键。

对于胺类固化剂的改性方法一般有曼尼期改性、酰胺化反应、与环氧树脂或单环氧化合物加成、迈克尔反应、与酮类缩合反应等。

4、其它快速固化剂

在快速固化领域，路易斯酸与胺类或醚类形成的络合物也有应用，工业上最常用的是三氟化硼-乙胺络合物。三氟化硼-乙胺络合物为熔点87℃的结晶物质，在室温下稳定，离解温度约90℃，在高温下离解后，活性增大。但是在室温下，它与环氧树脂反应速度很慢，需要将温度升高至100℃以上时，才能够快速固化环氧树脂。

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