阳离子固化原理及特点

阳离子固化(Cationic Curing)是一种通过阳离子引发剂(如光或热引发剂)触发的高分子聚合反应,广泛应用于环氧树脂、乙烯基醚、氧杂环丁烷等材料的固化过程。其核心原理是通过生成活性阳离子(如质子酸)催化开环聚合或加成反应,形成交联网络结构。

一、阳离子固化的基本机理

阳离子固化反应主要包括以下步骤:

(1)引发阶段

 

二、阳离子固化的特点

  • 不受氧气抑制:与自由基固化不同,阳离子固化不受氧气干扰,适合表面固化。

  • 低收缩率:开环聚合(如环氧树脂)体积收缩小,减少内应力。

  • 暗反应性:光照停止后反应仍可继续进行(后固化效应)。

  • 高稳定性:未固化的树脂储存稳定性较好。

三、常见引发剂与单体

  • 引发剂

      • 碘鎓盐:如二芳基碘鎓盐,光解生成H⁺和自由基,需极性溶剂提高溶解性。

      • 硫鎓盐:热稳定性更高,吸收波长更广(可至近紫外区),适合深层固化。

      • 芳茂铁盐:吸收波长延伸至可见光区(>360 nm),适合环氧体系开环聚合,环境兼容性好。

      • 单体/低聚物

环氧树脂(如双酚A环氧)、乙烯基醚、氧杂环丁烷等。

 

四、应用领域

  • 光固化涂料/油墨:快速固化、高光泽、耐化学性。

  • 电子封装材料:低收缩、耐高温环氧树脂封装。

  • 3D打印(如SLA/DLP):高精度、低收缩光敏树脂。

  • 胶粘剂:快速固化、强粘接性能。


 

五、 阳离子固化 vs 自由基固化

特性 阳离子固化 自由基固化
引发方式 质子酸引发 自由基引发
氧气敏感性 不敏感 敏感(需隔绝氧气)
收缩率 低(开环聚合) 高(加成聚合)
后固化效应 显著
适用单体 环氧、乙烯基醚 丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯

六、未来发展方向

  1. 绿色化:开发无重金属、低毒的大分子引发剂。

  2. 功能化:拓展在3D打印、柔性电子等新兴领域的应用。

  3. 复合体系:结合阳离子与自由基聚合,(如丙烯酸酯/环氧混合),兼顾快速固化和低收缩,优化反应效率和材料性能。

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