酚醛胺(T-31)环氧树脂固化剂之浅谈
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
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类别 |
原料名称 |
目前主要使用 |
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酚类 |
苯酚、甲酚、壬基酚 |
苯酚 |
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醛类 |
甲醛、丁醛、水杨醛 |
甲醛 |
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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
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类型 |
多胺名称 |
目前用量 |
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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 |
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芳香胺 |
间苯二胺、间苯二甲胺、DDM |
较少 |
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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
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区域 |
产量(t/a) |
主要生产厂 |
备注 |
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中原 |
1200 |
天择实业 |
- |
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华东 |
3000 |
上海3家,无锡3家,杭州、昆山各1家 |
- |
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华北 |
2000 |
天津5家 |
- |
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华中 |
1000 |
武汉2家,安徽4家 |
- |
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华中南 |
1000 |
长沙3家,岳阳5家 |
- |
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华西南 |
1000 |
成都2家,自贡1家 |
- |
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东北 |
800 |
沈阳4家,哈尔滨2家 |
- |
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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 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 乳 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
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
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








































