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| 阳离子潜伏性固化剂 | |
| 深圳初创 | |
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阳离子潜伏性固化剂
说到潜伏性固化剂，一般都会想到味之素，ADK等日本公司的名字，味之素的咪唑加成物确实很有特色，ADK的聚酰胺加成物技术含量也相当不错，他们的产品基本覆盖了中国潜伏性固化剂市场。如果一个做单组分环氧树脂胶黏剂的工程师，没有听说过这两个公司的名字，恐怕会受到别人的嘲笑。
总体来讲，他们的固化剂基本都属于叔胺催化开环，按照阴离子聚合机理，实现固化。一般来说，作为DICY促进剂时，添加量是3－5份，单独使用时的添加量大约在25份左右，按照最理想的状况，40度能存放1个月。呵呵，这仅仅是理论上而已，实际在应用过程中，做到这一点是很难的。因为在配方中，稀释剂，低粘度环氧树脂，或者添加剂都会造成储存稳定性下降。这些固化剂都是属于分散性的，受热引发，溶胀或者溶解与环氧树脂中，活性点与环氧基接触，固化。要应用好潜伏性固化剂，首先必需了解潜伏的机理，一切就变得简单了。
总体来讲，这类潜伏性固化剂优点是多方面的，但是缺点也不少。按照我自己的体会，主要集中以下几点：
1.要达到快速的反应，添加量比较多，体系的粘度上升很大；
2.常温储存时间比较短；
3.是分散性的固化剂，由于溶解动力学的影响，存放过程中肯定有微量的溶解在环氧树脂中，由分散相变成连续相，如果对流变性要求高的体系，影响是非常大，储存稳定性无法保证，必需想其它办法。
4.稀释剂的使用受到了限制；
5.有些潜伏性固化剂带有很强的碳氮三键，对某些金属影响很大，如果在体系里面加入功能性金属份，会降低其功能性。（有兴趣的可以查阅相关资料）
综上所属的一些缺点，工程师们自然会想到找一种能溶解与环氧树脂的固化剂，添加量要求比较少，中高温引发速度要快，这也是我经常接到的一些咨询，还有要求更高的，某个客户希望能在胶能70度工作操作一个小时，但是要求在150度150秒之内固化，等等。
根据这些要求，我们自然会想到阳离子固化剂，首先想到的肯定是三氟化硼系列的，三氟化硼胺类的潜伏性固化剂，从固化的角度出发，虽然说固化时间不是特别快，至少说能满足溶解于环氧树脂中这个要求。不过这个系列的固化剂有一个非常大的缺点，是很多工程师不想选择的，非常容易水解，是不怎么受欢迎的。
在国外，热引发阳离子潜伏性固化剂的种类也很多的，不过各有个的特点，只有掌握了其反应历程，才能运用自如。我曾经在日本某些公司要过几款阳离子潜伏性固化剂，是封闭六氟锑酸系列的，固化速度和储存稳定性很不错，不过有一个缺点，在热引发固化的时候，会释放出一种气体（日本人说是一种单体），这种单体对固化链增长影响很大，如果在密闭的体系固化，这种单体不能挥发，他会抑制链的增长，不能形成高聚物，也就是很多人说的不固化。后来，我有个朋友在德国搞到一些阳离子固化剂的样品，是含砷的路易斯酸，呵呵，这个东西固化速度和储存稳定性都很好，也不会有什么气体放出，不过提到砷这个东西，我就没用了。
根据市场的需求，初创应用材料引进了几款热引发潜伏性固化剂，ICAM-8409和ICAM－8416是最有特点和代表的。ICAM-8409也是一款封闭六氟锑酸盐，呵呵，这种潜伏性固化剂在固化过程中没有挥发份，不用当心链增长的问题，同时，添加量很少，在80度就可以引发固化，且固化物韧性好，固化收缩率低，速度快（几秒钟都可以搞定）。这些特点是传统阴离子潜伏性固化剂无法比拟的。金属含量少，固化无腐蚀性，是专门为电子和微电子要求设计的，所以工程师们就不要担心所谓的电性能和元器件的腐蚀性能这些问题了，储存稳定性的问题几乎不用考虑了（我做了一个产品，40度放了一个月，粘度没有任何变化）。
ICAM-8416的级别就更高了，这款固化剂的引发温度在100度，也就是说，储存稳定性比ICAM-8409更长了，不含金属，当然，固化过程中肯定无挥发份的存在了。
特别提醒，做UV固化的朋友，也可以选择这些阳离子固化剂，可以和光引发剂配合，实现双重固化。
温馨提示：热引发阳离子潜伏性固化剂在使用过程中对专业知识要求很高，国内文献报道也相对较少，可以参考光引发阳离子固化的机理。
阳离子潜伏性固化剂（续一）
在老一辈研发工程师的眼里，阳离子潜伏性固化剂有很多缺点，尤其是耐水性。确实，按照市面上比较熟悉的阳离子潜伏性固化剂都是三氟化硼胺类的阳离子潜伏性固化剂，单一胺类的就不用说了，就连卞胺类的，无论是固化剂单独存放，还是固化之后的涂膜性能，都不是很收欢迎。我有个朋友曾经采购过一个三氟化硼类的固化剂，等样品到达工厂的时候，已经全部潮解了。如果采用这种潜伏性固化剂固化环氧树脂，固化后经过水煮实验（只需要1小时），涂层全部会气泡，呵呵! 单凭这个性能，在电子封装材料方面的应用就受限，一个PCT实验就会被打成原型。另外，这类材料本身不是针对电子材料设计的，因此其游离酸含量没有很好的控制，在加热的条件下，会不会腐蚀金属元器件，不得不考虑这个问题。当然，对于只做山寨市场的同志哥来讲，抱着只要能搞固化就可以的心里，一切皆有可能。因此，做了这么久的原材料技术支持了，关心固化速度和储存温度的同志最多，很少有人会交流固化动力学，如何控制反应动力学，反应动力学和热力学是如牵制反应速度，链如何引发，怎么会转移，为什么会终止等问题。
阳离子潜伏性固化剂（续二）
根据以上两篇文章的叙述，基本说明了ICAM系列阳离子潜伏性固化剂（热引发）的独一无二的优势，作为一个研发工程师，了解为什么要要用某个原料非常重要，弱水三千，只取一瓢，很多时候，级别高的工程师和一些有待提高能力的工程师区别就在这里，有些工程师非常热衷于全世界找固化剂，只要是固化剂，他都想找来样品做实验，呵呵，如果跟着这种工程师混的实验员是最倒霉的，天天都在折腾。我见识过很多优秀的工程师，他们选择一款原料的时候要做很多的准备工作，至少在理论上要找到为什么要用的理由，虽然他们也经常失败，但是失败的几率要小很多，跟着这样的工程师混的实验员是很幸福的，不仅可以学到一些分析问题和解决问题的方法，而且工作量也要小很多，而且工程师基本都会陪着你做实验，因为他们对实验结果很在乎，希望实验值和理论值的比较。
一、反应机理
了解反应机理是普通研发工程师的基本数值，ICAM系列的阳离子潜伏性固化剂的反应(见上图），从反应历程中可以看出，是没有任何挥发份放出的。其中M是环氧基团，R是烷基，根据上图的反应机理，或许就会感受到阳离子固化环氧树脂的确比阴离子体系难很多的，同时，对高手而言，更加有利于设计高分子聚合物的结构。呵呵，凡事都是两面性的，当然，如果是领域里面的高手，了解某个反应是远远不够的，能控制某个反应，按照自己的设想来反应，那才是最高境界。
二、固化后的机械性能
一般而言，尤其是对三氟化硼类阳离子“毒害”比较深的工程师而言，总是当心固化后的环氧树脂很脆，ICAM系列的阳离子固化剂固化之后是韧性很好，是传统的阳离子潜伏性固化剂无法比拟的。另外，也是阳离子聚合环氧树脂的最大特点，固化收缩非常之低，这也解释了为什么那些要求固化前后尺寸稳定的体系，很多都用阳离子聚合的原因了。
三、成本预算
凡事商业的东西，都要涉及到成本问题，呵呵，如果是国家项目，可以忽略不计（咱们国家不差钱）。一般来说，目前咪唑加成物或者聚酰胺改性物，如果按照500元/千克（一般的）计算，如果每100kg树脂添加20phr,也就是10000元；如果是阳离子潜伏性固化剂，只需要添加1%左右，也就是说100kg里面只需要1kg,也就是说只要单价低于10000元，成本就低很多，
总之，阳离子潜伏性固化剂诱惑是很多的，不过确实很难，欢迎领域里面的高手们使用ICAM系列的阳离子潜伏性固化剂。
4/15/2010 | |
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