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固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑,是一類增進或控制固化反應的物質或混合物。 樹脂固化是經過縮合、閉環、加成或催化等化學反應,使熱固性樹脂發生不可逆的變化過程,固化是通過添加固化(交聯)劑來完成的。

1 固化劑 -固化劑

使物質凝固的加工助劑。促進或調節固化反應的物質; 比如固化劑是環氧樹脂固化物必需的原料之一,否則環氧樹脂就不會固化。為適應各種應用領域的要求,應使用相應的固化劑。

英文名稱:hardener 
其他名稱:硬化劑;熟化劑或變定劑;
定義:使型(芯)砂中的黏結劑產生化學反應而將砂粒固結在一起的材料。固化劑可為固體、液體或氣體。是一類增進或控制固化反應的物質或混合物。 樹脂固化是經過縮合、閉環、加成或催化等化學反應,使熱固性樹脂發生不可逆的變化過程,固化是通過添加固化(交聯)劑來完成的。

用途說明:與環氧樹脂配套使用,用於鐵與鐵之間的粘接。
材料特點:常溫固化,粘結力強,韌性好,操作簡單。
注意事項:存放在陰涼通風處,必須與環氧樹脂配套使用。

2 固化劑 -固化劑類別

脂肪多元胺
乙二胺
EDA H2NCH2CH2NH2 分子量60 活潑氫當量15 無色液體 每100份標準樹脂用6-8份
性能:有毒、有剌激臭味,揮發性大、粘度低、可室溫快速固化。用於粘接、澆注、塗料。該類胺隨分子量增大,粘度增加,揮發性減小,毒性減小,性能提高。但它們放熱量大、適用期短。一般而言它們分子量越大受配合量影響越小。長期接觸脂肪多元胺會引起皮炎,它們的蒸汽毒性很強,操作時須十分注意。
二乙烯三胺
DETA H2NC2H4NHC2H4NH2 分子量103 活潑氫當量20.6 無色液體
每100份標準樹脂用8-11份。固化:20℃2小時+100℃30分鐘或20℃4天。性能:適用期50克25℃45分鐘,熱變形溫度95-124℃,抗彎強度1000-1160kg/cm2,抗壓強度1120kg/cm2,抗拉強度780kg/cm2,伸長率5.5%,衝擊強度
0.4尺-磅/寸洛氏硬度99-108。介電常數(50赫、23℃)4.1 功率因數(50赫、23℃)0.009 體積電阻2x1016
Ω-cm 常溫固化、毒性大、放熱量大、適用期短
三乙烯四胺 TETA H2NC2H4NHC2H4NHC2H4NH2
分子量146 活潑氫當量24.3 無色粘稠液體 每100份標準樹脂用10-13份
固化:20℃2小時+100℃30分鐘或20℃7天。性能:適用期50克25℃45分鐘,熱變形溫度98-124℃,抗彎強度950-1200kg/cm2,抗壓強度1100kg/cm2,抗拉強度780kg/cm2,伸長率4.4%,衝擊強度
0.4尺-磅/寸 洛氏硬度99-106。常溫固化、毒性比二乙烯三胺 稍低、放熱量大、適用期短。
四乙烯五胺 TEPA
H2NC2H4(NHC2H4)3NH2 分子量189 活潑氫當量27 棕色液體 每100份標準樹脂用11-15份
性能同上。
多乙烯多胺 PEPA H2NC2H4(NHC2H4)nNH2 淺黃色液體 每100份標準樹脂用14-15份
性能:毒性較小,揮發性低、適用期較長、價廉。
二丙烯三胺 DPTA H2N(CH2)3 NH(CH2)3NH2
分子量131 活潑氫當量26 淺黃色液體 每100份標準樹脂用12-15份 性能 同TETA。

固化劑固化劑

二甲胺基丙胺 DMAPA
(CH3)2N (CH2)3NH2 低粘度透明液體 每100份標準樹脂用4-7份
毒性較大,具有固化和催化兩個反應,粘附性能良好,柔性也好,適用期長。
二乙胺基丙胺 DEAPA (C2H5)2N
(CH2)3NH2 分子量130 活潑氫當量65 低粘度透明液體 每100份標準樹脂用4-8份
固化:60-70℃4小時。性能:適用期50克25℃4小時,熱變形溫78-94℃,抗壓強度920-1050kg/cm2,抗拉強度480-640kg/cm2,衝擊強度
0.2尺-磅/寸 洛氏硬度90-98。介電常數(50赫、23℃)3.75 功率因數(50赫、23℃)0.007
中溫固化、低溫性能好。
三甲基六亞甲基二胺 TMD ( H2N)2(C6H9)(CH3)3無色液體
冷固化,適用期長,毒性小。每100份標準樹脂用21份
固化:80℃1小時+150℃2小時。性能:適用期400克25℃50分鐘或50℃10分鐘,馬丁耐熱92℃,抗彎強度1150kg/cm2,衝擊強度
20Kg-cm/cm2 tg δ 0.0009(23℃,100C/S)
表面電阻5.4x1011Ω(300V)體積電阻9x1015Ω.cm(300V)中溫固化、低溫性能好。
二已基三胺
H2N(CH2)6 NH(CH2)6NH2
已二胺改性物 AMINE248 分子式不詳 透明液體
粘度25℃1000-3000cps 每100份標準樹脂用4-8份 常溫-100℃固化。毒性較小、柔性好。
已二胺加合物
CH-2、L2505 分子式不詳 胺值160-210 低粘度透明液體 每100份標準樹脂用65份
CH3
胺值400-500 低粘度透明液體 每100份標準樹脂用60份
已二胺 HDA H2N(CH2)6NH2 分子量116
活潑氫當量29 無色片狀結晶 熔點42℃ 每100份標準樹脂用12-15份
毒性大,能常溫固化但不好。適用期較短。
三甲基已二胺 分子量158 每100份標準樹脂用20-25份
固化:20℃2小時+100℃30分鐘或20℃7天。性能:適用期50克25℃45分鐘,熱變形溫度105℃,抗彎強度1150kg/cm2,抗拉強度650kg/cm2,伸長率4.4%,衝擊強度
0.4尺-磅/寸 。 介電常數(50赫、23℃)4.0 功率因數(50赫、23℃)0.001 體積電阻9x1015
Ω-cm
二乙胺 DEA HN(C2H5)2 分子量73 活潑氫當量73 無色液體 每100份標準樹脂用12份
具有固化和催化兩個反應。
聚醚二胺 H2N(CH2)nO(CH2CH2O)mNH2 
 

3 固化劑 -固化劑的結構與特性

固化劑的固化溫度和固化物的耐熱性有很大關係。同樣地,在同一類固化劑中,雖然具有相同的官能基,但因化學結構不同,其性質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結構不同的多胺固化劑的性狀、特點,對選擇固化劑來說,是很重要的。   

在色相方面,脂環族最淺,基本上是透明的,而脂肪族和芳香族,其著色程度相當顯著。在黏度方面,也有很大不同,脂環族不過零點零幾Pa·s,而聚醯胺則非常黏稠,達數Pa·s,芳香族胺多為固態。適用期長短正好與固化性完全相反,脂肪族反應性最高,而脂環族、醯胺、芳香族依次降低。   

色相:(優)脂環族→脂肪族→醯胺→芳香胺(劣)   

熟度:(低)脂環族→脂肪族→芳香族→醯胺(高)   

適用期:(長)芳香族→醯胺→脂環族→脂肪族(短)   

固化性:(快)脂肪族→脂環族→醯胺→芳香族(慢)   

刺激性:(強)脂肪族→芳香族→脂環族→醯胺(弱)   

多胺類固化劑的化學結構和性質   

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)芳香族→脂環族→聚醯胺一脂肪胺(劣)   

柔軟性:(軟)聚醯胺→脂肪族→脂環族→芳香族(剛)   

粘接性:(優)聚醯胺→脂環族→脂肪族→芳香族(良)   

耐酸性:(優)芳香族→脂環族→脂肪族→聚醯胺(劣)   

耐水性:(優)聚醯胺→脂肪胺→脂環胺→芳香胺(良)   

多胺類固化劑的化學結構和與雙酚A樹脂固化物的性質   

對光澤來說,芳香族最好,脂肪族最差。此性質受固化溫度的影響,隨溫度升高,光澤變好。至於柔軟性,官能基間距離長的聚醯胺更優良一些,而交聯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)受化學結構影響,芳香族比較優良,脂肪胺和聚醯胺則易受化學藥品腐蝕。耐水性受官能基質量濃度的支配,官能基質量濃度低、疏水度高的聚醯胺類更耐水,而官能基質量濃度高的芳香族則差一些。

4 固化劑 -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,使用固化溫度高的固化劑可以得到耐熱優良的固化物。對於加成聚合型固化劑,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於芳香多胺水平。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。
  固化反應屬於化學反應,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。屬於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;近年來國內研製投產的T-31改性胺、YH-82改性胺均可在0℃以下固化。屬於室溫固化型的種類很多:脂肪族多胺、脂環族多胺;低分子聚醯胺以及改性芳胺等。屬於中溫固化型的有一部分脂環族多胺、叔胺、眯唑類以及三氟化硼絡合物等。屬於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、雙氰胺以及醯肼等。
  對於高溫固化體系,固化溫度一般分為兩階段,在凝膠前採用低溫固化,在達到凝膠狀態或比凝膠狀態稍高的狀態之後,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)。

5 固化劑 -用途分類及應用

  固化劑按用途可分為常溫固化劑和加熱固化劑。環氧樹脂高溫固化時一般性能優良,但是在土木建築中使用的塗料和粘接劑等由於加熱困難,需要常溫固化;所以大都使用脂肪胺、脂環映以及聚醯胺等,尤其是冬季使用的塗料和粘接劑不得不與多異氰酸酯並用,或使用具有惡臭氣味的聚琉醇類。
  至於中溫固化劑和高溫固化劑,則要以被著體的耐熱性以及固化物的耐熱性、粘接性和耐藥品性等為基準來選擇。選擇重點為多胺和酸酐。由於酸酐固化物具有優良的電性能,所以廣泛用於電子、電器方面。
  脂肪族多胺固化物粘接性以及耐鹼、耐水性均優良。芳香族多胺在耐藥品性方面也是優良的。由於氨基的氮元素與金屬形成氫鍵,因而具有優良的防鏽效果。胺質量濃度愈高,防鏽效果愈好。酸酐固化劑和環氧樹脂形成酯鍵,對有機酸和無機酸顯示了高的抵抗力,電性能一般也超過了多胺。

 

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