环氧固化剂名词解释

环氧固化剂是与环氧树脂发生化学反应,形成网状立体聚合物,把复合材料骨材包络在网状体之中.促成固化反应的物质。环氧固化剂按化学结构分为碱性环氧固化剂和酸性环氧固化剂,按固化机理分为加成型环氧固化剂和催化型环氧固化剂。


     环氧树脂固化剂分类   1碱性固化剂:脂肪二胺、多胺、芳香族多胺、双氰双胺、咪唑类、改性胺类。   2酸性固化剂:有机酸酐、三氟化硼及络合物。   1加成型固化剂:脂肪胺类、芳香族、脂肪环类、改性胺类、酸酐类、低分子聚酰胺和潜伏性胺。   2催化型固化剂:三级胺类和咪唑类。   典型环氧树脂固化剂固化机理   (一).胺类固化机理   1.一级胺固化机理   若按氮原子上取代基(R)数目可分为一级胺、二级胺和三级胺;若按N数目可分为单胺、双胺和多胺;按结构可分为脂肪胺、脂环胺和芳香胺。   一级胺对环氧树脂固化作用按亲核加成机理进行,每一个活泼氢可以打开一个环氧基团,使之交联固化。芳香胺与脂环胺的固化机理与一级胺相似(伯胺、仲胺和叔胺) ① 与环氧基反应生成二级胺② 与另一环氧基反应生成三级胺 ③ 生成的羟基与环氧树脂反应   2.固化促进机理:在固化体系中加入含给质子基团的化合物如苯酚,就会促进胺类固化,这可能是一个双分子反应机理,即给质子体羟基上的固发氢首先与环氧基上的氧形成氢键,是环氧基进一步极化,有利于胺类的N对环氧基的亲核进攻,同时完成氢原子的加成。   (二).有机酸酐固化剂特点和反应机理   酸酐类固化剂优点:1.挥发性小,毒性低,对皮肤的刺激性小;2.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;3.使用期长,操作方便。缺点::1.由于固化反应较慢,收缩率较小;2.所需的固化温度相对比较高,3.不易改性;4.贮存时易吸湿生成游离酸造成不良影响(固化速度慢、固化物性能下降);5.固化产物的耐碱、耐溶剂性能相对要差一些。   这一类固化反应以有无促进剂的存在分成两种形式   (I)、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。   (II)、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。   (三).咪唑类固化剂的反应机理   咪唑类固化剂分子结构中存在着1位仲胺氮原子和3位叔胺氮原子,它对环氧树脂进行固化反应时,一般认为是咪唑环上3位氮原子首先使环氧树脂中的环氧基开环,当1位氮原子上存在氢原子时,发生氢质子转移,然后1位氮原子再与环氧树脂反应,形成1:2加成产物;而当1位氮原子上存在取代基时,1位氮原子不与环氧脂反应,仅3位氮原子使环氧树脂中的环氧基开环形成1:1加成产物。在上述2种情况下,最后环氧基开环产生的氧负离子继续催化环氧树脂开环聚合。


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