環(huán)氧樹(shù)脂本身是一種熱塑性高分子的預(yù)聚體，單純的樹(shù)脂幾乎沒(méi)有多大的使用價(jià)值，只有加入稱作固化劑的物質(zhì)使它轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚓W(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，不溶不熔的高聚合物（常稱固化產(chǎn)物）后，方才呈現(xiàn)出一系列優(yōu)良的性能。因此固化劑對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用及對(duì)固化產(chǎn)物的性能起到了相當(dāng)大的作用。為了準(zhǔn)確的使用環(huán)氧樹(shù)脂必須對(duì)固化劑體系有全面透徹的了解。

固化劑（Curing agent）又稱硬化劑（Hardene agent），是熱固性樹(shù)脂必不可少的固化反應(yīng)助劑，對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)說(shuō)本身品種較多，而固化劑的品種更多，僅用環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑二種材料的不同品種相組合就能組成應(yīng)用方式不同和性能各異的固化產(chǎn)物，這是環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用上的一大特色。

7.1  固化劑的分類

固化劑品種繁多，其分類目前尚無(wú)統(tǒng)一的方法。本書按照固化劑和環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)機(jī)理及固化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)分類。

環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)主要發(fā)生在環(huán)氧基上。由于誘導(dǎo)效應(yīng)，環(huán)氧基上的氧原子存在著較多的負(fù)電荷，其末端的碳原子上則留有較多的正電荷，因而親電試劑（酸酐）、親核試劑（伯胺、仲胺）都可以加成反應(yīng)的方法使之開(kāi)環(huán)聚合

環(huán)氧樹(shù)脂另一類固化反應(yīng)是催化聚合反應(yīng)，分陰離子型聚合、陽(yáng)離子型聚合。

也可按固化溫度分類，可分為低溫、快速固化固化劑、常溫固化劑、中溫固化劑、高溫固化劑、潛伏型固化劑。

7.2脂肪族胺、脂環(huán)族胺及其加成物

脂肪族胺、脂環(huán)族胺、芳香族胺、聚酰胺固化環(huán)氧樹(shù)脂的性能按順序排列如下：

耐熱性（高至低）：芳香胺→脂環(huán)胺→脂肪胺→聚酰胺；

色澤（淺至深）：脂環(huán)胺→脂肪胺→聚酰胺→芳香胺；

固化速度（快至慢）：脂肪胺→脂環(huán)胺→聚酰胺→芳香胺；

對(duì)皮膚刺激性（強(qiáng)至弱）：脂肪胺→芳香胺→脂環(huán)胺→聚酰胺。

7.2.1脂肪族多元胺及其加成物

脂肪族多元胺含有高度活潑的氫，是強(qiáng)親核試劑，在室溫下就能夠打開(kāi)環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基，其短時(shí)間內(nèi)即可凝膠使之固化。由于它們?cè)缭诃h(huán)氧樹(shù)脂發(fā)現(xiàn)之前，許多脂肪族多元胺已經(jīng)大量生產(chǎn)了，因此它們是環(huán)氧樹(shù)脂最早的固化劑。

由于醚鍵的誘導(dǎo)反應(yīng)，環(huán)氧基上的氧原子有較多的負(fù)電荷，未端碳原子上則由較多的正電荷，因此它可以被叔胺開(kāi)環(huán)，而引起陰離子加成聚合反應(yīng)，

這種加成聚合物反應(yīng)伴隨著劇烈的放熱反應(yīng)，加速了反應(yīng)的進(jìn)程。例如，組成物總量?jī)H27g放熱后溫度最高可達(dá)到250℃。當(dāng)一次使用量幾千克時(shí)，不設(shè)法控制放熱反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致部分脂肪族多元胺揮發(fā)、樹(shù)脂內(nèi)部燒焦、表面發(fā)泡。結(jié)果只能得到一個(gè)性能低劣的固化產(chǎn)物。

脂肪族多元胺有較大的毒性，主要表現(xiàn)為對(duì)皮膚和黏膜的刺激，例如：乙二胺等沸點(diǎn)較低，操作人員接觸過(guò)多時(shí)會(huì)引起皮膚瘙癢、紅斑、水腫，個(gè)別人有過(guò)敏性哮喘及持久性頭痛等癥狀。

脂肪族多元胺吸收空氣中的水分使整個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂固化產(chǎn)物發(fā)渾和白化，又易和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成鹽類，影響固化反應(yīng)。

由上述諸原因，目前脂肪族多元胺直接用作環(huán)氧樹(shù)脂固化劑的情況很少，絕大部分應(yīng)用它們的加成物但脂肪族多元胺作為環(huán)氧樹(shù)脂固化劑的主要原料仍具有非常重要的地位，有必要對(duì)它們的性能作全面的論述，其性能見(jiàn)表7-1.

脂肪族多元胺有明確的分子結(jié)構(gòu)，其中伯、仲胺，根據(jù)氮原子上活潑氫數(shù)目和分子量之比可以計(jì)算出活潑氫當(dāng)量，再根據(jù)環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值或環(huán)氧當(dāng)量即可計(jì)算出這種脂肪族多元胺作為固化劑的理論用量。

例如：乙二胺H2N―CH2―CH2―NH2的分子量為60，氮原子上有4個(gè)活潑氫，因此活潑氫當(dāng)量為60/4=15，以免為單位即15g/eq；如果環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值為0.5eq樹(shù)脂的話，其理論用量=0.5gq/100g×15g/eq=7.5g/100g,,即環(huán)氧值為0.5的100g環(huán)氧樹(shù)脂中加入乙二胺的理論量應(yīng)為7.5g，為此環(huán)氧樹(shù)脂固化劑用量常以此phr為單位（每100份的樹(shù)脂中的添加固化劑份數(shù)）。

以上固化劑的理論用量計(jì)算公式可歸納為：G1 =M/Hn×E 

式中M―胺的分子量

Hn― 氮原子上的活潑氫數(shù)目；

E―環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值；

G1―每100g樹(shù)脂所需胺的克數(shù)。

這個(gè)公式同樣適用于脂肪族胺、脂環(huán)族胺及芳香胺類用量的計(jì)算。

如果以環(huán)氧當(dāng)量的表示環(huán)氧基含量時(shí)可以用以下公式計(jì)算出伯胺、仲胺固化劑用量：

                     胺分子量× 100

胺固化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)= 氮原子上活潑氫數(shù)目×環(huán)氧當(dāng)量

若以環(huán)氧基百分含量表示環(huán)氧基含量，上述公式演變?yōu)椋?/span>

                      胺分子量                環(huán)氧基百分含量

胺固化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)=  氮原子上活潑氫數(shù)目  × 環(huán)氧基分子量（43）

某些伯胺固化劑特性對(duì)液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)性見(jiàn)表7-2.

7.2.1.1  乙二胺

乙二胺（EDA）每個(gè)分子可以和4個(gè)環(huán)氧基反應(yīng)通常用量為百分

表7-2  某些伯胺固化劑特性對(duì)液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)性

         （樹(shù)脂環(huán)氧值為0.5eq/100g）

環(huán)氧樹(shù)脂的6~8份（以環(huán)氧值0.5的樹(shù)脂為例，以下同）。固化條件為室溫下4~7天或120℃下3h；150℃下2h。乙二胺和環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，適用期很短。為了防止爆聚，每次配量不要太多，在較低溫度下混合為宜。

乙二胺是一種具有刺激性臭味的無(wú)色液體，在常溫下?lián)]發(fā)性很大，對(duì)皮膚、黏膜均有刺激作用。因此在使用時(shí)必須注意務(wù)必不要觸及皮膚和吸入呼吸道。

在環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用的早期它被用作為涂料、濕法層壓制品等方面。目前它主要作為胺類改性固化劑的原料。

乙二胺雖然可使環(huán)氧樹(shù)脂在室溫下固化，但性能較差。不同用量、不同固化時(shí)間及溫度對(duì)粘接性能影響。試件為硬鋁-硬鋁。

7.2.1.2  二亞乙基三胺

二亞乙基三胺（DTA）又稱二乙烯三胺，是一個(gè)高活性的多元伯胺、仲胺，每一分子可以和5個(gè)環(huán)氧基反應(yīng)，通常用量為10~11phr。固化條件為室溫下2~7天或100℃2~4h。主要用于粘接、涂料、膠膩及濕法層壓材料。和乙二醇一樣，由于固化時(shí)放熱量大適用期短，不宜作為澆鑄料使用。

二亞乙基三胺雖比乙二胺沸點(diǎn)高些，但仍是揮發(fā)性較大、蒸汽壓較高的化學(xué)品，它對(duì)皮膚、黏膜也有刺激作用。

用二亞乙基三胺固化的產(chǎn)物其耐化學(xué)藥品性比較好，完全固化的產(chǎn)物可耐20%硝酸、85%硫酸、10%鹽酸等，耐20%以下的濃堿；但不耐二氯甲烷和濃醋酸和三氯乙烷的混合液。總的來(lái)說(shuō)耐溶劑性性能還是很好的。

用環(huán)氧值為0.54eq/100g的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂及二亞乙基三胺作試驗(yàn)，固化劑的用量、固化條件對(duì)產(chǎn)物性能影響見(jiàn)表7-3至表7-7.

  表7-3  二亞乙基三胺用量對(duì)固化產(chǎn)物熱變形溫度的影響

   表7-4   后固化條件對(duì)熱變形溫度的影響

注：所用環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值為0.54；二亞乙基三胺用量12phr；預(yù)固化條件，常溫3天。

表7-5  二乙氨基代丙胺的應(yīng)用例

   表7-6  脂肪族多元胺固化劑的性質(zhì)

注：使用環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧當(dāng)量為185g/mol

    表7-7   數(shù)種胺類固化劑固化環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)物耐光和耐水性

注：固化條件  室溫下72h；在常溫水中浸泡24h測(cè)吸水率；色澤變化，用氙等照射，加氏指數(shù)越大色澤越深。

7.2.1.3  三亞乙基四胺及四亞乙基五胺

三亞乙基四胺及四亞乙基五胺也是常溫固化劑，它們的應(yīng)用范圍及固化產(chǎn)物特性和二亞乙基三胺幾乎相同。但這二2種胺蒸氣壓比二亞乙基三胺低，故毒性也稍有下降。同樣適用環(huán)氧值為0.54的樹(shù)脂和三亞乙基四胺作試驗(yàn)，其用量多少、固化條件的變化對(duì)機(jī)械、電氣性能的影響見(jiàn)表7-6.從表7-6可以看出三亞乙基四胺的用量和乙二胺、二亞乙基三胺一樣必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算和稱量，若用量過(guò)多固化產(chǎn)物的耐水性降低，而用量過(guò)少固化不完全，耐熱性、機(jī)械性會(huì)變差。四亞乙基四胺那么嚴(yán)格。

7.2.1.4  二乙氨基代丙胺

二乙氨基代丙胺是一種既有伯氨基，又有叔胺基團(tuán)的化合物，因?yàn)槌俗鳛槌毓袒瘎┻€可以作為酸酐、聚酰胺的固化促進(jìn)劑。從表7-2中可見(jiàn)二乙氨基代丙胺的蒸氣壓比二亞乙基三胺還要高，故毒性更大。因此使用時(shí)要十分小心。它的特點(diǎn)是適用期長(zhǎng)、粘度小、應(yīng)用范圍廣，可用于澆鑄，固化產(chǎn)物的低溫特性良好，電性能也優(yōu)于其他脂肪胺類。但是耐熱性、耐化學(xué)品性較差。表7-5列出了二乙氨基代丙胺對(duì)不同規(guī)格環(huán)氧樹(shù)脂的用量、適用期、固化條件等，表7-6列出了4種固化產(chǎn)物的典型性能。