本期我们将对脂环族环氧树脂的另外一种常见应用方式-热阳离子固化体系进行介绍与分享，希望在脂环族环氧树脂的应用方面能够对行业内的用户有更多启发。

阳离子聚合是指由阳离子引发而产生聚合反应的总称，具有固化速度快、效率高、耗能少的优点，是一种绿色环保的固化方式，在涂料油墨、胶黏剂、电子封装等多个领域应用广泛。

脂环族环氧树脂由于具有特殊的化学结构，与普通双酚A环氧相比，非常容易发生阳离子聚合。如下所示：

区别于双酚A环氧，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，但亲电试剂进攻氧原子没有阻碍，因此适合酸酐、阳离子聚合等亲电试剂反应。另外，由于脂环族环氧树脂体系的粘度很低，使得反应时体系中阳离子活性种和环氧基团的分子运动更加容易，阳离子反应活性也就更高。

与普通的酸酐固化方法相比，阳离子聚合具有以下显著优点：

1. 反应速度快，固化时间短，高效节能环保；

2. 操作期长，反应潜伏性好；

3. 粘接性能优异。

阳离子聚合反应机理

阳离子聚合的反应过程主要分为三个阶段：链引发、链增长和链终止。下面我们以二芳基碘鎓盐为例介绍一下脂环族环氧树脂的阳离子聚合反应机理。

引发剂在照射或加热条件下分解产生阳离子、自由基和自由基-阳离子对，其中的阳离子和自由基-阳离子对随后与反应物中的单体或溶剂反应生成质子酸。质子酸进攻环氧单体引发阳离子开环聚合。具体过程如下图所示：

热引发阳离子聚合

阳离子聚合可以通过光照或加热这两种方法来进行引发。除了引发条件不同以外，这两者在引发剂的选择和反应机理方面基本上是一致的。这里我们就热引发阳离子聚合进行展开讨论。热引发阳离子聚合由于不受光源限制，避免了样品尺寸、厚度、形状等因素的制约，在胶黏剂、电子封装等方面应用广泛。

热引发阳离子聚合体系主要由单体、引发剂和引发条件 (热源) 组成，其中单体主要可选择脂环族环氧树脂，另外引发剂的种类、添加量和引发条件的改变都会对聚合速率产生影响。引发剂的添加量一般为0.1-2 wt％，在此范围内，引发剂添加量越大，反应速率越快。然而若引发剂用量过高，非但对反应速率无明显提升，还会影响固化物的性能，比如黄变、变形、变脆等。反应温度的升高也会使固化速率加快，加热时间越长固化越充分。

热阳离子固化试验体系

本期使用江苏泰特尔典型代表产品TTA21与热阳离子引发剂做相关性能评价试验，并与酸酐固化体系及双酚A环氧体系进行对比。其中，酸酐选择甲基六氢苯酐（MHHPA），双酚A环氧选择EP128树脂。

图1.  TTA21热阳离子/酸酐体系-DSC放热曲线对比

我们通过图1可看出，TTA21热阳离子固化的反应放热集中，且放热起始温度和峰值温度都较低，显示出TTA21的热阳离子固化比酸酐固化具有更高的反应活性，可在更低温度和更短时间内完成固化反应。

图2.  TTA21 /EP128热阳离子固化-DSC放热曲线对比

通过图2可看出，在热阳离子反应活性方面，TTA21远高于EP128，说明脂环族环氧更适合采用热阳离子固化，而双酚A环氧的热阳离子反应活性较低，并且由于其粘度很大，在实际生产应用中并不适合热阳离子的固化方式。

以下表1为TTA21与EP128热阳离子固化的基本性能数据。从表中数据对比可看出，TTA21热阳离子固化反应快，固化后的玻璃化温度较高，力学性能良好，粘接强度高；而双酚A环氧EP128固化反应很慢，在同等条件下难以达到良好充分的固化程度，几乎没有形成有效粘接力，玻璃化温度也很低。这也说明TTA21适合热阳离子固化，而EP128并不适于热阳离子的固化方式。

表1. TTA21与EP128热阳离子固化基本性能数据对比

试验配方基本组成： 环氧树脂/热阳离子引发剂=100/0.5

综上所述，脂环族环氧树脂TTA21由于具有特殊的化学结构，适合采用热阳离子固化，并且具有较高反应活性，固化速度快，粘接强度高，固化性能优异。