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本期我們將對脂環族環氧樹脂的另外一種常見應用方式-熱陽離子固化體系進行介紹與分享，希望在脂環族環氧樹脂的應用方面能夠對行業內的用戶有更多啟發。
陽離子聚合是指由陽離子引發而產生聚合反應的總稱，具有固化速度快、效率高、耗能少的優點，是一種綠色環保的固化方式，在涂料油墨、膠黏劑、電子封裝等多個領域應用廣泛。
脂環族環氧樹脂由于具有特殊的化學結構，與普通雙酚A環氧相比，非常容易發生陽離子聚合。如下所示：
區別于雙酚A環氧，脂環族環氧的環氧基處于富電子狀態，難以同親核試劑反應，由于存在空間位阻效應，親核試劑進攻碳原子困難，其反應活性比端環氧基慢很多，但親電試劑進攻氧原子沒有阻礙，因此適合酸酐、陽離子聚合等親電試劑反應。另外，由于脂環族環氧樹脂體系的粘度很低，使得反應時體系中陽離子活性種和環氧基團的分子運動更加容易，陽離子反應活性也就更高。
與普通的酸酐固化方法相比，陽離子聚合具有以下顯著優點：
1. 反應速度快，固化時間短，高效節能環保；
2. 操作期長，反應潛伏性好；
3. 粘接性能優異。
陽離子聚合反應機理
陽離子聚合的反應過程主要分為三個階段：鏈引發、鏈增長和鏈終止。下面我們以二芳基碘鎓鹽為例介紹一下脂環族環氧樹脂的陽離子聚合反應機理。
引發劑在照射或加熱條件下分解產生陽離子、自由基和自由基-陽離子對，其中的陽離子和自由基-陽離子對隨后與反應物中的單體或溶劑反應生成質子酸。質子酸進攻環氧單體引發陽離子開環聚合。具體過程如下圖所示：
熱引發陽離子聚合
陽離子聚合可以通過光照或加熱這兩種方法來進行引發。除了引發條件不同以外，這兩者在引發劑的選擇和反應機理方面基本上是一致的。這里我們就熱引發陽離子聚合進行展開討論。熱引發陽離子聚合由于不受光源限制，避免了樣品尺寸、厚度、形狀等因素的制約，在膠黏劑、電子封裝等方面應用廣泛。
熱引發陽離子聚合體系主要由單體、引發劑和引發條件 (熱源) 組成，其中單體主要可選擇脂環族環氧樹脂，另外引發劑的種類、添加量和引發條件的改變都會對聚合速率產生影響。引發劑的添加量一般為0.1-2 wt％，在此范圍內，引發劑添加量越大，反應速率越快。然而若引發劑用量過高，非但對反應速率無明顯提升，還會影響固化物的性能，比如黃變、變形、變脆等。反應溫度的升高也會使固化速率加快，加熱時間越長固化越充分。
熱陽離子固化試驗體系
本期使用江蘇泰特爾典型代表產品TTA21與熱陽離子引發劑做相關性能評價試驗，并與酸酐固化體系及雙酚A環氧體系進行對比。其中，酸酐選擇甲基六氫苯酐（MHHPA），雙酚A環氧選擇EP128樹脂。
圖1. TTA21熱陽離子/酸酐體系-DSC放熱曲線對比
我們通過圖1可看出，TTA21熱陽離子固化的反應放熱集中，且放熱起始溫度和峰值溫度都較低，顯示出TTA21的熱陽離子固化比酸酐固化具有更高的反應活性，可在更低溫度和更短時間內完成固化反應。
圖2. TTA21 /EP128熱陽離子固化-DSC放熱曲線對比
通過圖2可看出，在熱陽離子反應活性方面，TTA21遠高于EP128，說明脂環族環氧更適合采用熱陽離子固化，而雙酚A環氧的熱陽離子反應活性較低，并且由于其粘度很大，在實際生產應用中并不適合熱陽離子的固化方式。
以下表1為TTA21與EP128熱陽離子固化的基本性能數據。從表中數據對比可看出，TTA21熱陽離子固化反應快，固化后的玻璃化溫度較高，力學性能良好，粘接強度高；而雙酚A環氧EP128固化反應很慢，在同等條件下難以達到良好充分的固化程度，幾乎沒有形成有效粘接力，玻璃化溫度也很低。這也說明TTA21適合熱陽離子固化，而EP128并不適于熱陽離子的固化方式。
表1. TTA21與EP128熱陽離子固化基本性能數據對比
試驗配方基本組成： 環氧樹脂/熱陽離子引發劑=100/0.5
綜上所述，脂環族環氧樹脂TTA21由于具有特殊的化學結構，適合采用熱陽離子固化，并且具有較高反應活性，固化速度快，粘接強度高，固化性能優異。
