干货 | 基础研究 - 脂环族环氧树脂的固化方式
发布日期:2026-05-09

区别于双酚A型环氧树脂,脂环族环氧的环氧基处于富电子状态,难以同亲核试剂反应,由于存在空间位阻效应,亲核试剂进攻碳原子困难,其反应活性比端环氧基慢很多,所以脂环族环氧树脂很难与胺类、咪唑类固化剂反应。但是与亲电试剂反应时,由于亲电试剂进攻氧原子,此时脂环族环氧树脂不会存在位阻效应,所以脂环族环氧树脂易与多元酚,酸酐,阳离子类固化剂发生反应。

阳离子固化体系

阳离子固化机理:热阳离子受到加热或者光阳离子引发剂吸光后光解生成超强酸(H⁺/ 路易斯酸),引发环氧 / 乙烯基醚开环阳离子聚合,生成不溶不融的三维网络结构, 如下图所示。

下图DSC曲线为脂环族环氧树脂添加不同种类热阳离子引发剂(东化新材产品)放热曲线,DH080和DH081为六氟锑酸盐,DH091为三氟磺酸盐,从图中可以看出反应活性排序为DH080 > DH081 > DH091。

DH080和DH081适用于有中低温快速固化需求的涂料、胶粘剂、复材体系,反应速度快,且混合后的使用期更长,室温下>12h;

DH091适用于有潜伏性需求的体系,用于中高温固化,例如胶粘剂、预浸料等应用。

如下图所示,脂环族环氧树脂DE021E更容易被阳离子固化剂分解出的质子酸开环,所以固化动力学曲线中,DE021E/DH081的起始反应温度及峰值反应温度均远低于128/DH081,更易进行阳离子固化。因此可以满足更快固化速度、更高加工产线效率要求。

脂环族环氧树脂不仅可以用于阳离子热固化,也广泛用于阳离子光固化,且在阳离子固化体系中固化速度快,因此作为主体树脂使用。目前脂环族环氧阳离子光固化体系在印铁涂料、柔印油墨、玻璃光油、塑胶光油、3D打印等都有广泛应用。

如图所示,脂环族环氧基团的固化速度和转化率明显快于普通缩水甘油醚类环氧。阳离子光固化体系具有以下优势:

无表面氧阻聚;

固化深度大,优于自由基体系;

固化过程中无溶剂,无有害物质排放,绿色环保;

收缩小,对基材附着力好;

耐化性优异,耐水煮

与酸酐固化

环氧树脂与酸酐固化时,在叔胺或季铵盐等促进剂作用下发生如下反应:

(1)酸酐与叔胺反应生成羧酸盐阴离子


(2)羧酸盐阴离子开环环氧基生成氧阴离子

(3)氧阴离子与酸酐反应生成酯化结构

下图对比了脂环族环氧树脂DE021E、双酚A型128环氧树脂与甲基六氢苯酐的固化动力学曲线,从图中可以看出当选取合适的促进剂及高添加量(4% TEAB)时,DE021E与酸酐固化剂的起始反应温度及峰值反应温度与128树脂比较接近。

与胺类固化剂相比,酸酐类固化剂的毒性小、挥发性低,但仍存在一些不足之处:   

①酸酐非常容易吸收空气中的水分产生游离的酸而影响固化速率和固化物的性能。  

②酸酐和环氧反应的活性比较低,固化速度慢,时间长。  

③对于环氧和酸酐的用量需要进行精确的化学计量。

与胺固化

下图对比了脂环族环氧树脂DE021E、双酚A型128环氧树脂与脂环胺1,3-BAC的固化动力学曲线,从图中可以明显看出 —— 由于存在空间位阻效应,亲核试剂进攻碳原子困难,DE021E与1,3-BAC更难反应,起始反应温度及峰值反应温度均远高于128+1,3-BAC。