酚醛胺(T-31)环氧树脂固化剂之浅谈

摘要:本文介绍了酚醛胺(T-31)系列环氧固化剂及原料的现状和特点,并对酚醛胺(T-31)系列环氧固化剂进行了分代,阐述了第三代酚醛胺(T-31)系列环氧固化剂的系列化、专用化、高档化。预测和展望了2005年的需求和方向。

    1、前言
    酚醛胺(T-31)环氧树脂固化剂在我国已有二十多年的生产历史,它是一种比较理想的环氧树脂常温固化剂,且能在0℃左右、湿度大于80%和水下等环境中固化各种型号的环氧树脂。由于其分子量不大、粘度低、与环氧树脂的混溶性好、浸润性强、施工方便、固化速度快,因而被大量用在设备和管道防腐、土木建筑工程中的混凝土石料、钢材、瓷砖等材料粘接、嵌缝和涂料行业、玻璃钢行业及近几年兴起的环氧地坪的中、底涂等。是目前国内用量大的固化剂品种。属于无毒等级精细化工产品。
    从二十世纪六十年代国外将经曼尼期(mannich)型反应所得酚醛胺用于环氧树脂固化剂领域开始,国内七十年代研制,八十年代初生产至今,除酚用苯酚、醛用甲醛、胺用乙二胺外,已发展到近200家用各种原料生产出多种酚醛胺(T-31)固化剂,改变了率先推出T-31的初衷,多数厂家都叫T-31,少数厂家自己叫的型号也被用户当做T-31固化剂(像703、907、881、TZ系列)来使用,自然形成了T-31是酚醛胺环氧固化剂的统(通)称(或代名词)。

    2、酚醛胺(T-31)固化剂所用原料之现状
    顾名思义,酚醛胺(T-31)固化剂所用原料主要是酚类、醛类和胺类,见表1:
                               表1:酚醛胺(T-31)固化剂原料 

类别

原料名称

目前主要使用

酚类

苯酚、甲酚、壬基酚

苯酚

醛类

甲醛、丁醛、水杨醛

甲醛

胺类

脂肪胺、芳香胺、脂环胺

脂环胺量大

    尤其是胺类原料发展较快,三个类型达数十种之多,特别值得一提的是2000年,天择实业推出其生产饲料添加剂的中间体甲基环戊二胺TAC、TDC和(2、3二甲基)二亚丁基三胺TAB,丰富了国内脂环胺和脂肪胺的类型。2004年TAC实际产量1000吨,2005.1年该公司已顺利扩产到2000吨规模。见表2:
                                 表2:多胺类型及名称 

类型

多胺名称

目前用量

脂肪胺

乙二胺、尿素、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多元胺(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)

乙二胺较多

芳香胺

间苯二胺、间苯二甲胺、DDM

较少

脂环胺

MDA、IPDA、甲基环戊二胺TAC、TDC TAC

较多

    3、酚醛胺(T-31)固化剂之现状
    酚醛胺(T-31)固化剂是由苯酚、甲醛、多胺经曼尼期(mannich)型反应而得的改性胺类产品。目前生产厂家近200家,主要分布在中原(郑州)、华东(上海、昆山、无锡)、华北(京津)、华中(武汉、黄山)、华中南(长沙、岳阳)、华西南(成都、自贡)、东北(沈阳)等,2004年产量约万吨之多。见表3:
                                表3:酚醛胺(T-31)固化剂区域分布 

区域

产量(t/a)

主要生产厂

备注

中原

1200

天择实业

-

华东

3000

上海3家,无锡3家,杭州、昆山各1家

-

华北

2000

天津5家

-

华中

1000

武汉2家,安徽4家

-

华中南

1000

长沙3家,岳阳5家

-

华西南

1000

成都2家,自贡1家

-

东北

800

沈阳4家,哈尔滨2家

-

其它

1500

10家

-

    笔者按所用胺的类型,并考虑到改性的前后时间、改性后的应用性能与品种及发展的趋势将酚醛胺(T-31)固化剂分为三代。代主要是脂肪胺(如:乙二胺、己二胺、二乙烯三胺等)与苯酚、甲醛进行的曼尼期(mannich)改性,第二代是芳香胺与苯酚、甲醛进行的曼尼期(mannich)改性。第三代是脂环胺(如:甲基环戊二胺,简称TAC)与苯酚、甲醛进行的曼尼期(mannich)改性。

    4、三代酚醛胺(T-31)固化剂的特点
    要知道经曼尼期(mannich)改性后的特点先要了解被改性的原料:脂肪胺、脂环胺、芳香胺的化学结构和性质:
             色  相:(优)脂环胺→脂肪胺→芳香胺(劣)
             粘  度:(低)脂环胺→脂肪胺→芳香胺(高)
             适用期:(长)芳香胺→脂环胺→脂肪胺(短)
             固化性:(快)脂肪胺→脂环胺→芳香胺(慢)
             刺激性:(强)脂肪胺→芳香胺→脂环胺(弱)
             毒  性:(强)芳香胺→脂肪胺→脂环胺(弱)
    而直接使用多胺作固化剂与双酚A环氧树脂的固化物在光泽、柔韧性、粘接性、耐热性、耐酸性、耐水性方面也呈一定的规律性:
             光  泽:(优)芳香胺→脂环胺→脂肪胺(劣)
             柔韧性:(软)脂肪胺→脂环胺→芳香胺(刚)
             粘接性:(优)脂环胺→脂肪胺→芳香胺(良)
             耐热性:(优)芳香胺→脂环胺→脂肪胺(良)
             耐酸性:(优)芳香胺→脂环胺→脂肪胺(劣)
             耐水性:(优)脂肪胺→脂环胺→芳香胺(良)
    对光泽来说芳香胺好,脂肪胺差,此性质受固化温度的影响较大,随温度升高,光泽变好。
    对脂肪胺、脂环胺、芳香胺等多胺类进行曼尼期(mannich)改性,产品性能有了较大改善,使三代酚醛胺(T-31)固化剂具有以下共同特点:
    (1)降低了低级胺的挥发性,刺激性和毒性;
    (2)低粘度液体化,与环氧树脂易混合;
    (3)与环氧树脂配比范围宽,可调节控制固化速度;
    (4)结构中引入了酚醛骨架,提高了固化物的耐热性;
    (5)结构中引入了酚羟基,大大加强了固化反应活性;
    (6)提高了环氧树脂与辅助材料的相容性和亲和性。
    代酚醛胺(T-31)固化剂主要是将易挥发、刺激性大、毒性大的脂肪胺改性成具有:不易挥发、刺激性小、低毒、与环氧树脂配比范围宽等特点;第二代酚醛胺(T-31)固化剂主要是将毒性大、固态的芳香胺改性成具有:低毒、液体化、常温固化、固化物耐热性好、耐酸性优良等特点;而第三代则是将综合性能较脂肪胺与芳香胺优的脂环胺改性成具有:系列化品种多、刺激性小、无毒等级、与环氧树脂配比范围宽、适用期长、应用范围广、固化物耐热性好、性价比高等综合性能优良的酚醛胺(T-31)固化剂。以天择实业为例,仅酚醛胺(T-31)固化剂就开发生产了系列品种,满足了市场需求的专用化、高档化。其酚醛胺(T-31)固化剂系列产品主要指标及应用见表4:
                               表4:酚醛胺(T-31)系列固化剂 

型号

胺值(mgKOH/g)

100份(E44)加量

和树脂(E44)混合外观

固化物外观

推广用途

TZ-46

460±20

10~30

乳白

白、不透明

一般防腐

TZ-50

500±20

10~30

半透明

防腐、再加工

TZ-500

500±20

10~30

透明

透明

涂料、玻璃钢行业、胶粘剂配制地坪的中、底涂等

TZ-550

500±20

10~25

透明

透明

TZ-600

500±20

10~25

透明

透明

    TZ-46型和其它厂家的T-31一样主要用于一般防腐;TZ-50用于防腐和其它厂家改性使用;TZ-500、TZ-550、TZ-600除具有TZ-46、TZ-50的用途外,还用于涂料、玻璃钢行业、胶粘剂配制及近几年兴起的环氧地坪的中、底涂、低压电子灌封和琥珀色的装饰品等。

    5、市场预测和展望
    2003年我国环氧树脂的生产规模达38万吨,年产量约22万吨,2004年产量约28万吨,以此计算,预计2005年国内环氧树脂生产能力会超过35万吨,与之配套的固化剂约需8万吨,而随着以系列化、专用化、高档化发展起来的第三代酚醛胺(T-31)固化剂推广和用户的逐步认识与了解,将会使酚醛胺(T-31)系列环氧树脂固化剂用量达到近3万吨。
随着我国经济建设的快速发展,电子、化工、食品、制药、宇航、铁路、公路、桥梁、城建、水利、电力等各行各业对环氧树脂的需求量迅速提高,同时对固化剂也有了更高的要求。就酚醛胺(T-31)系列环氧固化剂而言,应加大第三代酚醛胺(T-31)系列环氧固化剂的推广应用,进一步提高产品质量,在酚醛骨架的基础上,引入其它基团,开发出第四代、第五代酚醛胺(T-31)环氧固化剂,以满足固化物的特殊性能。向产品系列单元化、高纯精细化、单项专用化、浅色至无色化、无毒安全化、绿色和环境友好化、性价比大化发展。

    参考文献:
    [1]孙曼灵 环氧树脂应用与技术
    [2]杨海