周佳麟1, 范和平2(1.武汉工交职业技术学院,湖北武汉430205;2.湖北省化学研究院,湖北武汉430074)

摘要:环氧树脂柔性固化剂种类众多,主要介绍改性脂肪族胺脂环族胺、柔韧性酸酐、聚合物类环氧树脂柔性固化剂研究进展,认为对固化剂分子设计和开发合成柔性固化剂来增韧环氧树脂。可提高环氧固化物性能。

关键词:环氧树脂;柔韧性固化剂;增韧

环氧树脂由于其黏结性强、电绝缘性优良、化学性能稳定及加工性能良好等一系列优异性能而广泛应用于涂料、胶粘剂、电子电气、土木建筑、复合材料等领域。但环氧树脂固化后性脆,耐冲击性、耐候性差等缺点阻碍其应用,有必要对环氧树脂进行增韧改性以适应不同的应用需要。

环氧树脂增韧研究发展很快,方法很多,效果各异。其本质途径有二种:1)在环氧树脂或固化剂中引入部分柔性链段制造柔韧性环氧树脂或固化剂;2)在环氧树脂配方中添加一定量能与环氧树脂或固化剂起反应的活性增韧剂。合成柔韧性环氧树脂或添加活性增韧剂都须先用改性剂对环氧树脂进行改性 再用固化剂予以固化。工艺较为复杂。通过对固化剂分子进行设计,开发合成柔韧性固化剂来增韧环氧树脂的方法,能提高环氧固化物的高韧性、高抗开裂性等性能,同时改善使用环氧树脂的工艺性,赋予环氧固化物新的性能,这种方法正日益受到人们的青睐。本文就近期环氧树脂柔性固化剂的研究文献归类,并重点介绍脂肪(环)族胺、柔韧性酸酐、聚合物类环氧树脂柔性固化剂的研究情况。

1 改性脂肪族、脂环族胺类环氧树脂柔性固化剂

脂肪族胺、脂环族胺类通过改性引入长链、醚键等官能团结构能提高固化物的韧性。最成功的改性脂肪(环)族胺应该是己二胺的加成物和螺环二胺及其加成物。己二胺单独作为固化剂使用的不多,但将己二胺通过改性可制成很有用的液态柔顺性固化剂,其固化物的柔韧性比用聚酰胺树脂和螺环二胺改性物固化体系更大,伸长率在100%以上。文献报道⋯己二胺与C3~脂肪族单缩水甘油酯和Cl一9烷基酚单缩水甘油醚反应制成的液态固化剂有良好的储存稳定性,对皮肤刺激性小,固化物具有挠曲性、耐低温性和耐化学药品性。刘景民【2]等用活性稀释剂调节环氧树脂的黏度后与己二胺加成反应制得柔韧性固化剂,其在室温(25℃)/12 h固化环氧树脂,使得环氧树脂的固化物具有透明性和柔韧性。田兴和[3]等合成的J系列固化剂,与常用的脂肪胺固化剂相比,该固化剂色泽和储存稳定性好,毒性低,反应放热低,其柔韧可望降低或消除固化物的内应力,改善力学及热冲击性。已商品化生产的有晨光化工研究院生产的H_2和H.3固化剂。日本旭化成的L一200系列(三个品级)可单独作固化剂,得到外观类似橡胶的环氧弹性体,也可以与其他固化剂混用,对改善固化物的柔韧性贡献极大。日本味之素公司开发的螺环二胺分子结构式为:

2.1 脂肪族酸酐

脂肪族酸酐指分子结构中有脂肪族长链,可加树脂固化物的韧性、耐热冲击性和电绝缘性的酸酐。在浇铸和粉涂料配方中获得成功应用最典型代表是聚壬二酸酐、聚癸二酸酐和长链脂肪族二元酸聚酸酐。国内用蚕蛹油为原料生产壬二酸和乙酐反应制得聚壬二酸酐易与树脂混合,适用期长,中温固化下的电性能及力学性能优良,有一定的韧性,耐热冲击性能好l5J 5。长链脂肪族二元酸聚酸酐和带侧基的长链脂肪族二元酸聚酸酐与一般的酸酐相比,固化速度慢。当用叔胺作促进剂时,凝胶化时间140℃下为O.5 h~1 h,固化物的玻璃化温度低,可挠性大,耐热冲击性优良,电性能和耐水性能亦优良。将其和甲基六氢苯二甲酸酐(MeHHPA)混合使用,随着MeHHPA增加,玻璃化温度升高,力学强度增加。链烯基琥珀酸酐 是一种液体酸酐,由于其具有较长的线形烯基侧链,大大增强了树脂的柔韧性,降低了脆性。适用于浇铸或层压用环氧树脂的固化、电子元件的环氧树脂浸渍和包胶领域。

2.2 脂环族酸酐

脂环族酸酐固化增韧环氧树脂效果较好的有桐油酸酐。在E_44、E一42环氧树脂中应用桐油酸酐用量为150%~2OO%,在100℃~120℃/4 h~6 h下其固化产物有良好的柔韧性和电绝缘性,主要用于制备少溶剂漆和胶粘剂,用于电机变压器绕组线圈、电机绝缘云母带的制造。缺点是使用期短,所制成的云母带需要冷藏,固化物热变形温度只有6O℃~7O℃ ,为了提高热态机械强度,桐油酸酐常和其他酸酐复配使用。李清秀r7J等人采用酸酐与一系列不同相对分子质量的柔性链齐聚物反应,成功地合成了韧性固化剂。固化物在降低Tg的同时,冲击强度有较大的提高,而且拉伸强度和弯曲强度亦有所提高,对环氧树脂的增韧、增强效果较为显著,具有很好的工业应用前景。

3 聚合物类环氧树脂柔性固化剂

3.1 聚酰胺树脂类

作为环氧树脂固化剂的聚酰胺是由二聚、三聚植物油酸或不饱和脂肪酸与多元酰胺反应制得的。由于结构中含有较长的脂肪酸碳链和氨基,可使固化物具有高的弹性、接性及耐水性。缺点是耐热性比较低,热变形温度仅5O℃左右,耐汽油、烃类溶剂性差。陈声锐l8j研究指出通过胺值确定酰胺化程度,确定聚酰胺的用量和环氧树脂的配比,在提高固化物韧性及耐冲击性的同时,保持刚性、耐热性及耐化学品性能。文献表明制备 o长链不饱和二元酸二甲酯和多种多元胺反应可制备各种聚酰胺,随着其相对分子质量的增加,拉伸剪切强度和T型剥离强度也随之增加,可配制高剪切强度和T型剥离强度的胶粘剂。

3.2 聚硫橡胶类

聚硫橡胶固化剂以液态聚硫橡胶和多硫醇化合物形式使用。

3.3 聚醚胺类

以聚环氧丙烷为主链两端连接着氨基的固化剂作为柔性固化剂已有了工业生产和应用的实例。其结构式如下:

华峰君[u]等人制备的聚氧化丙烯多胺,主链为聚氧化丙烯,采用多胺封端,将其加入到双酚A环氧树Jlti/-“亚乙基三胺体系中,随着量的增加,固化物的冲击强度有较大的提高。张恩天[12]等采用高温高压催化加氢的方法制备一缩二乙二醇双(氨基丙基)醚及混合胺,催化剂(含哌嗪及叔胺等)制备了具有内增韧性能的固化剂。为了满足高性能的环氧树脂湿热性能和韧性,又发展了一系列的多种聚醚二胺型固化剂,包括:二氨基二苯醚二苯砜、二氨基二苯醚二苯醚、二氨基二苯醚双酚A和二氨基二苯醚6F-双酚A。Bennett[13]等合成了一系列端氨基芳醚酮固化剂。如端氨基聚双酚A 醚二苯酮(BPAPK),端氨基聚3.异丁基对苯二酚醚二苯酮(tBPK)等,此类固化剂固化的环氧树脂由于醚网络的存在,提高了交联点问链段的柔顺性和扭转特性,从而使固化物呈现高韧性。文献[14]制成的芳醚酯二芳胺(结构式如下)用其作环氧树脂固化剂,具有优良的耐热性、高弹性、高伸长率、耐冲击性、耐药品性、耐水性及高强度。