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環氧雙氰胺促進劑對固化后環氧樹脂的玻璃化轉變溫度(Tg)、機械性能和耐化學品性的影響

各位朋友,大家好!我是今天的主講人,一位在化工領域摸爬滾打多年的老兵。今天,我們要聊聊環氧樹脂固化體系中的一個重要角色——環氧雙氰胺促進劑,以及它對固化后環氧樹脂那“三圍”的影響:玻璃化轉變溫度(Tg)、機械性能和耐化學品性。

說到環氧樹脂,這玩意兒簡直是化工界的“變形金剛”,上得了飛機火箭,下得了地板涂料。之所以能如此百變,固化體系功不可沒。而雙氰胺(Dicyandiamide,簡稱DICY)作為一種常用的環氧樹脂潛伏性固化劑,在單組份環氧體系中應用廣泛。但DICY這位“老先生”有個小脾氣,反應活性比較低,需要在高溫下才能“動起來”。這時候,就需要我們的“紅娘”——促進劑來幫忙,讓DICY和環氧樹脂這對“有情人”終成眷屬。

今天的主角“環氧雙氰胺促進劑”,可不是一個簡單的角色,它是一類促進劑的總稱,常見的包括咪唑類、胺類、有機金屬鹽類等等。它們就像催化劑,能降低DICY固化的活化能,讓固化反應在較低溫度下進行,或者縮短固化時間。當然,不同的促進劑,對終環氧樹脂的性能影響也大相徑庭。接下來,我們就逐一分析,看看這些“紅娘”是如何影響環氧樹脂的“三圍”的。

一、玻璃化轉變溫度(Tg):環氧樹脂的“體溫計”

Tg,玻璃化轉變溫度,簡單來說,就是環氧樹脂從硬邦邦的玻璃態變成軟趴趴的橡膠態的溫度。Tg越高,說明材料的耐熱性越好,在高溫下越不容易變形。想象一下,如果你的手機殼Tg太低,夏天往兜里一揣,拿出來都軟了,那還怎么保護手機?

環氧雙氰胺促進劑對Tg的影響,就像廚師調味一樣,放多放少,味道都會變。一般來說:

  • 咪唑類促進劑: 這類促進劑往往能提高環氧樹脂的Tg。咪唑環的引入,增加了固化后環氧樹脂的交聯密度,就像給樹脂分子之間加了更多的“繩子”,讓它們更緊密地聯系在一起,自然更耐熱。不過,咪唑類促進劑用量過多,也可能導致固化產物變脆,反而降低沖擊強度。
  • 胺類促進劑: 胺類促進劑對Tg的影響比較復雜,不同的胺類結構,影響也不同。有些胺類促進劑可以提高Tg,有些則會降低Tg。這主要取決于胺類促進劑的反應活性、空間位阻等因素。一般來說,芳香胺類促進劑往往能提高Tg,而脂肪胺類促進劑則可能降低Tg。
  • 有機金屬鹽類促進劑: 這類促進劑對Tg的影響也比較微妙。有些有機金屬鹽可以促進環氧樹脂與DICY的反應,提高交聯密度,從而提高Tg。但有些有機金屬鹽則可能起到增塑劑的作用,降低Tg。

為了更直觀地了解不同促進劑對Tg的影響,我們來看一個表格:

促進劑類型 促進劑代表物 對Tg的影響 備注
咪唑類 2-甲基咪唑 (2-MI) 提高 常用,提高交聯密度,但可能降低韌性
胺類 二乙烯三胺 (DETA) 降低 脂肪胺,反應活性高,但交聯密度可能不高
胺類 4,4′-二氨基二苯甲烷 (DDM) 提高 芳香胺,提高交聯密度,耐熱性好
有機金屬鹽類 辛酸鋅 提高 促進固化反應,提高交聯密度,但用量過多可能降低韌性
無促進劑 較低 DICY固化溫度高,固化時間長,交聯密度可能不高

二、機械性能:環氧樹脂的“肌肉”

機械性能,決定了環氧樹脂的“肌肉”強度,包括拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等等。好的機械性能,才能保證環氧樹脂在各種惡劣環境下“扛得住”。

環氧雙氰胺促進劑對固化后環氧樹脂的玻璃化轉變溫度(Tg)、機械性能和耐化學品性的影響

機械性能,決定了環氧樹脂的“肌肉”強度,包括拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等等。好的機械性能,才能保證環氧樹脂在各種惡劣環境下“扛得住”。

  • 拉伸強度和彎曲強度: 這兩個指標反映了材料抵抗拉伸和彎曲變形的能力。促進劑對拉伸強度和彎曲強度的影響,主要取決于它對交聯密度的影響。一般來說,提高交聯密度的促進劑,往往也能提高拉伸強度和彎曲強度。但要注意的是,過高的交聯密度也可能導致材料變脆,反而降低強度。
  • 沖擊強度: 沖擊強度反映了材料抵抗沖擊破壞的能力。高沖擊強度的材料,就像“金鐘罩鐵布衫”,能更好地保護內部結構。促進劑對沖擊強度的影響,比較復雜。有些促進劑能提高沖擊強度,有些則會降低沖擊強度。這主要取決于促進劑的分子結構、用量,以及它對固化過程中微觀結構的影響。一般來說,含有柔性鏈段的促進劑,或者能形成互穿網絡結構的促進劑,往往能提高沖擊強度。

再來一個表格,看看不同促進劑對機械性能的影響:

促進劑類型 促進劑代表物 拉伸強度 彎曲強度 沖擊強度 備注
咪唑類 2-甲基咪唑 (2-MI) 提高 提高 降低 交聯密度高,但可能導致脆性
胺類 二乙烯三胺 (DETA) 降低 降低 較高 反應活性高,但交聯可能不均勻,韌性較好
胺類 4,4′-二氨基二苯甲烷 (DDM) 提高 提高 降低 交聯密度高,耐熱性好,但可能較脆
有機金屬鹽類 辛酸鋅 適中 適中 適中 性能均衡,但可能不如純咪唑類或胺類
無促進劑 較低 較低 較低 固化不完全,性能較差

三、耐化學品性:環氧樹脂的“盔甲”

耐化學品性,是指環氧樹脂抵抗各種化學物質侵蝕的能力。好的耐化學品性,就像給環氧樹脂穿上了一層堅固的“盔甲”,讓它在酸、堿、溶劑等腐蝕性環境中也能“屹立不倒”。

  • 交聯密度: 交聯密度越高,分子間的空隙越小,化學物質越難滲透,耐化學品性越好。因此,能提高交聯密度的促進劑,往往也能提高耐化學品性。
  • 極性: 環氧樹脂的極性越高,越容易被極性溶劑侵蝕。因此,在選擇促進劑時,要盡量選擇極性較低的促進劑,以提高耐化學品性。
  • 固化程度: 固化程度越高,殘留的未反應物越少,耐化學品性越好。因此,要選擇能促進環氧樹脂充分固化的促進劑。

后,我們再用一個表格來總結不同促進劑對耐化學品性的影響:

促進劑類型 促進劑代表物 耐酸性 耐堿性 耐溶劑性 備注
咪唑類 2-甲基咪唑 (2-MI) 較好 較好 較好 交聯密度高,耐化學品性整體較好
胺類 二乙烯三胺 (DETA) 較差 較差 較差 易被酸堿侵蝕,溶脹程度大
胺類 4,4′-二氨基二苯甲烷 (DDM) 較好 較好 較好 交聯密度高,芳香結構穩定,耐化學品性較好
有機金屬鹽類 辛酸鋅 適中 適中 適中 性能均衡,但可能不如純咪唑類或芳香胺類
無促進劑 較差 較差 較差 固化不完全,耐化學品性較差

總結:沒有好的促進劑,只有合適的促進劑

說了這么多,相信大家對環氧雙氰胺促進劑對環氧樹脂性能的影響,已經有了更深入的了解。但需要強調的是,沒有一種促進劑是萬能的。在實際應用中,我們需要根據具體的需求,綜合考慮Tg、機械性能、耐化學品性等因素,選擇合適的促進劑。

就像選對象一樣,沒有完美的人,只有適合你的人。選擇環氧雙氰胺促進劑,也是同樣的道理。

后,希望今天的講座能對大家有所幫助。謝謝大家!

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聯系人: 吳經理

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環保型金屬復合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲存時間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強,特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強的延遲效果,與水的穩定性較強;

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質塊狀泡沫、高密度軟質泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機錫相對較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結構泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩定性,適用于硬質聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應用中。

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