固化劑（curing agent），又稱硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類增進(jìn)或控制固化反應(yīng)的物質(zhì)或混合物。樹脂固化是經(jīng)過縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學(xué)反應(yīng)，使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過程，固化是通過添加固化（交聯(lián)）劑來完成的。需要根據(jù)基料固化反應(yīng)的特點(diǎn)和需要形成膠膜的要求（如硬度、韌性等）以及使用時的情況等來確定固化劑的種類。固化劑種類頗多，按固化溫度可分為低溫固化劑、室溫固化劑、中溫固化劑和高溫固化劑，按反應(yīng)機(jī)理可分為反應(yīng)型和催化型固化劑，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為胺類固化劑、酸和酸酐類固化劑、樹脂類固化劑及咪唑類固化劑等。
定義
固化劑是一種可使單體或低聚物轉(zhuǎn)變?yōu)榫€型均聚物或網(wǎng)狀體型高聚物的物質(zhì)。在復(fù)合材料成型中，固化劑在一定的溫度和濕度條件下，按一定的比例加入樹脂中攪拌均勻，在規(guī)定的時間內(nèi)使基體樹脂凝膠至固化。固化劑能使預(yù)聚物形成具有更大分子質(zhì)量的長鏈，并使分子鏈間發(fā)生交聯(lián)。盡管固化劑的量很小，但是可以顯著影響到推進(jìn)劑的物理特性、工藝性和老化性能。
溫度特性
各類固化劑的固化溫度與耐熱性差異較大，一般固化溫度高的固化劑可以得到耐熱性優(yōu)良的環(huán)氧膠固化物。對于加成聚合型固化劑，固化溫度和耐熱性按下列順序提高：脂肪族多元胺<脂環(huán)族多胺<芳香族多元胺<酚醛<酸酐；催化型固化劑的耐熱性大體相同，基本處于芳香多元胺的水平。另外，環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)速度與溫度有關(guān)，一般來說，溫度升高，固化反應(yīng)速度加快，凝膠時間就縮短；凝膠時間的對數(shù)值隨固化溫度上升大體呈直線下降趨勢。但若固化溫度過高，會因整個固化體系受熱不均勻，造成環(huán)氧樹脂固化物交聯(lián)密度分布不均一，從而導(dǎo)致環(huán)氧樹脂固化物的性能下降，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中的溫度，作為合適的固化溫度。
固化原理
在環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中，碳-碳主鏈上存在著醚鍵，使分子具有柔曲性。隔離羥基存在增強(qiáng)了粘附性，兩端的環(huán)氧基可在低溫下用固化劑固化，使線型的環(huán)氧樹脂交聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分子，成為不溶不熔固體；其固化原因是由于環(huán)氧基可與活潑氫發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，所以凡含有活潑氫的化合物或聚合物都可與環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，生成更大的分子。
分類
按固化溫度分
按固化溫度，可分為低溫固化劑、室溫固化劑、中溫固化劑和高溫固化劑。低溫固化劑是指固化溫度低于25 ℃的固化劑，室溫固化劑是指固化溫度在25 ~ 50 ℃間的固化劑，中溫固化劑是指在50 ~ 100℃的固化劑，而高溫固化劑則是指溫度在100 ℃以上的固化劑。
按反應(yīng)機(jī)理分
按反應(yīng)機(jī)理分，可分為反應(yīng)型和催化型固化劑，催化型固化劑是需要打開環(huán)氧基，催化ep本身進(jìn)行均聚生成以醚鍵為主要結(jié)構(gòu)的均聚物。可分為酸性和堿性兩類，酸性固化劑如三氟化硼、氯化亞錫等，堿性固化劑如胺類、咪唑化合物等。而且，催化型的分子不參與樹脂的交聯(lián)反應(yīng)，只是引發(fā)或促進(jìn)環(huán)氧基開環(huán)而使樹脂本身發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。反應(yīng)型固化劑堿性固化劑（如帶活性氫的胺及其衍生物）、酸性固化劑（如多元酸及酸酐）、含有活潑反應(yīng)集團(tuán)的樹脂（如酚醛、呋喃、聚等）。
按化學(xué)結(jié)構(gòu)分
胺類固化劑
胺類固化劑按結(jié)構(gòu)可分為脂肪胺和芳香胺類，脂肪胺類固化劑，一般能使膠粘劑在室溫下固化，固化速度快，粘度低，其缺點(diǎn)是固化后的膠粘劑性能較脆、熱變形溫度較低，固化劑易揮發(fā)、毒性大。芳香胺是指胺基直接與芳香環(huán)相連的胺類固化劑，而苯環(huán)與胺基直接相連會使氮上電子云密度降低，堿性較弱，需要加溫才能固化樹脂。
酸和酸酐類固化劑
酸類固化劑是能夠促使酚醛樹脂發(fā)泡固化的助劑，是合成酚醛泡沫的重要助劑之一，它能引發(fā)酚醛樹脂加快縮聚反應(yīng)、調(diào)節(jié)聚合速率和發(fā)氣速率，能使泡沫壁具有足夠的強(qiáng)度能夠包住氣體 ，保持起泡速度與擴(kuò)鏈速度的平衡。有機(jī)酸和無機(jī)酸均可作為制備酚醛泡沫所用的固化劑，可用的有機(jī)酸如甲苯磺酸、苯酚磺酸、甲磺酸、草酸、食用醋酸等，無機(jī)酸如磷酸、硼酸、氫溴酸、硫酸、鹽酸等。酸酐類固化劑的熱變形溫度較高，耐酸性優(yōu)于用酸類固化的樹脂，固化過程中放熱少、毒性低、適用期長，但其固化物不耐堿，脆性大，常用的酸酐類固化劑有鄰苯二甲酸、馬來酸酐等。
樹脂類固化劑
一些含有活性基團(tuán)的樹脂低聚物能與環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)而固化，常用的樹脂類固化劑有酚醛樹脂、聚酰胺樹脂、聚酯樹脂等。不同類型的樹脂須采用不同的固化劑，如酚醛樹脂常用固化劑是六亞甲基四胺，環(huán)氧膠常用固化劑是胺類或酸酐類固化劑，不飽和聚酯常用固化劑是苯乙烯。
咪唑類固化劑
咪唑及其衍生物是廣泛使用的一種環(huán)氧固化劑，其優(yōu)點(diǎn)是毒性小、粘度低、操作方便、適用期長，而且只需中等固化溫度，固化后的制品可在較高溫度下使用，常用的咪唑類固化劑有咪唑、2-甲基咪唑等。
常用固化劑
胺類固化劑
乙二胺
乙二胺（NH2C2H4NH2）是一種有刺激性臭味的淡黃色液體，分子量60，比重0.899 g/ml，沸點(diǎn)116 ℃，每個乙二胺分子中含4個活潑氫，可與四個環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)。是常用的脂肪族多元胺固化劑，粘度小、使用便捷，但使用壽命短，固化時放熱量大，固化后樹脂的機(jī)械強(qiáng)度與熱變形溫度都比較低。
二乙烯三胺（DETA）
二乙烯三胺（NH2C2H4NHC2H4NH2）是一種具有刺激性氣味的淡黃色液體，分子量103，比重0.954 g/ml，沸點(diǎn)207℃，每個二乙烯三胺分子中含有5個活性氫，可與5個環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)。揮發(fā)性小，對人體的危害也較小，其放熱量低于乙二胺，故固化后產(chǎn)物性能優(yōu)于乙二胺的。
間苯二胺（m-PDA）
間苯二胺屬于芳香族胺類，是淡黃色的結(jié)晶體，分子量為108，熔點(diǎn)63 ℃，沸點(diǎn)282 ℃，在空氣中易吸水，受潮后會變成褐色，每個間苯二胺分子中含有5個活性氫。間苯二胺含有穩(wěn)定的苯環(huán)，故使用溫度高，固化產(chǎn)物的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性較好，機(jī)械強(qiáng)度高。
酸酐類固化劑
順丁烯二酸酐
順丁烯二酸酐為白色晶體，相對密度1.509，熔點(diǎn)53 ℃，沸點(diǎn)202 ℃，固化條件為160 ℃/4h或200 ℃/2h，其熔點(diǎn)低，與環(huán)氧樹脂配制混合物時要預(yù)先將樹脂加熱，再攪拌逐漸加入順丁烯二酸酐即可熔融。
鄰苯二甲酸酐
鄰苯二甲酸酐的分子量148，熔點(diǎn)128 ℃，是環(huán)氧樹脂早期使用的固化劑，其特點(diǎn)是固化時放熱量小、使用壽命長、固化產(chǎn)物的電性能優(yōu)良，處理耐強(qiáng)堿性差外，耐化學(xué)藥品性良好，它適宜在150 ℃下固化，可用于制造大型澆鑄件、層壓材料。
樹脂類固化劑
酚醛樹脂
酚醛樹脂常溫固化需加入固化劑，需在樹脂中加入適當(dāng)?shù)?a href="/hebeideji/9141191678722176945.html">無機(jī)酸或有機(jī)酸，即酸性固化劑，如苯磺酰氯（由苯和氯磺酸進(jìn)行磺化反應(yīng)制得）、4-甲苯磺酰氯（甲苯法生產(chǎn)糖精的副產(chǎn)品，呈灰色或淺黃色結(jié)晶）、硫酸乙酯（由硫酸和乙醇為原料制造而成）、十二烷基磺酸（由石油產(chǎn)品經(jīng)分離提煉后再經(jīng)磺化而成）等。
呋喃樹脂
喃樹脂在常溫下固化需要加入固化劑，如苯磺氯、硫酸乙酯、磷酸等，不同固化劑其固化性能有所不同，用苯磺酰氯終期固化完全，能徹底固化，但因其酸度不高，早期固化速度慢；磷酸酸性介于硫酸乙酯與苯磺酰氯之間，早期固化快而終期固化慢，樹脂甚至長時間還不能完全固化；硫酸乙醋早期固化快，而終期作用不完全，常在熱處理時發(fā)軟，產(chǎn)生“流膠”現(xiàn)象。
咪唑類固化劑
二甲基咪唑
二甲基咪唑?yàn)榈S色粉末，熔點(diǎn)145 ~ 149 ℃，呈堿性，主要用于ep中，其毒性小、揮發(fā)性低、使用工藝也較簡便，固化物熱變形溫度高，機(jī)械性能及電性能優(yōu)良。
選擇
固化劑的選擇要考慮以下幾種因素：（1）固化物應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)，如機(jī)械性能、電性能以及耐熱性等；（2）允許的固化條件，如固化溫度、反應(yīng)條件、壓力及固化時間等；（3）使用環(huán)境條件，如溫度、濕度、介質(zhì)以及承力狀態(tài)等；（4）注意成本問題，尤其是需要大批量使用物品時；（5）固化劑的工藝特性，如粘度、毒性、使用壽命等。此外，固化劑的品種對固化物的力學(xué)性能、耐熱性、耐水性、耐腐蝕性等都有很大影響，例如芳香多胺、咪唑、酸酐等固化劑固化環(huán)氧樹脂的耐熱性高于脂肪族多胺、低分子聚酰胺固化劑；芳香族酸酐固化環(huán)氧樹脂的耐水性優(yōu)于芳香二胺和脂肪族多胺固化劑；三亞乙基四胺固化劑耐堿性好，但耐酸性和耐甲醛溶液性較差。
應(yīng)用
ep的固化產(chǎn)物，因具有優(yōu)良的機(jī)械和電氣性能及較其他非金屬材料工藝簡單、可靠性高的特點(diǎn)，在機(jī)械、船舶、電子等行業(yè)作元器件絕緣、密封、澆鑄、粘接的材料使用。如固化劑甲基六氫苯酐在高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好，熱變形溫度高，并在較高溫度下仍能保持優(yōu)良的物理性能和電器性能，適合于在有電弧及紫外線照射的戶外高壓下使用。
固化劑可應(yīng)用于鞋靴行業(yè)，淺色鞋靴選用無色固化劑，深色鞋靴選用列克那或多苯基多CH2多異氰酸酯（PAPI），固化劑需現(xiàn)配現(xiàn)用，即在涂膠時直接加入膠黏劑中使用，一般情況下，添加量約占膠黏劑3 % ~ 5 %（最多不超10 %）。
固化劑還可應(yīng)用于建筑行業(yè)中，如水下環(huán)氧樹脂固化劑作為固化劑調(diào)制的環(huán)氧粘接劑，適用介質(zhì)廣，它與混凝土的粘接強(qiáng)度符合水工建筑要求，故適用于水壩、涵洞、墜道、人防工事、地下建筑、防腐等工程的施工處理以及其他潮濕環(huán)境或水下混凝土構(gòu)件的修補(bǔ)粘接。
參考資料 >