胶粘剂助剂之交联剂概述、类型、选用

交联剂是一种特殊的化学物质，它能够在特定条件下促使单体、线型高分子或预聚物转化为稳定的三维网状结构。这种物质通过在线型分子之间发挥架桥作用，将多个线型分子相互键合、交联，从而构建起一个紧密的网络结构。交联剂的核心功能在于促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键的形成，以达到增强物质物理性能、化学稳定性和机械强度等目的。

在不同的行业和应用领域中，交联剂有不同的称谓。在橡胶工业中，它通常被称为“硫化剂”；在塑料加工领域，它可能被称为“固化剂”、“熟化剂”或“硬化剂”；而在胶黏剂或涂料行业中，则可能被称作“固化剂”或“硬化剂”。例如，环氧树脂胶黏剂中使用的固化剂实质上就是一种交联剂，这显示了交联剂（cross-linking agent）与固化剂在化学本质上的一致性。尽管这些称谓因行业和应用而异，但它们所代表的化学作用原理是相同的。

    交联剂通常是由分子中含有多个官能团的物质构成，例如有机二元酸、多元醇等，或是那些分子内含有多个不饱和双键的化合物，如二乙烯基苯、二异氰酸酯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）等。这些交联剂可以与单体一同投入反应体系，在缩聚（或聚合）反应进行到一定程度时，发生交联作用，从而使产物转变为不溶的交联聚合物。

    另外，也有一种方法是在线型分子中保留一定数量的官能团（或双键），随后加入特定的交联剂进行交联反应。这种方法常见于酚醛树脂的固化和橡胶的硫化等工艺中。

    交联剂的种类多样，其中强效型氮丙啶交联剂如SAC-100、UN-7，多功能聚碳化二亚胺类交联剂如UN-557，以及封闭型交联剂如UN-125F等都是常见的交联剂类型。这些交联剂在各自的领域中发挥着重要的作用，帮助实现聚合物材料的优化和性能提升。

    交联剂在高分子材料（特别是橡胶与热固性树脂）的胶黏剂中发挥着关键的作用。高分子材料的分子结构在未交联前呈现出一种线型的形态，这样的结构导致其强度较低，容易断裂，并且缺乏必要的弹性。交联剂的作用就是在这些线型分子之间形成化学键，使它们相互连接并交织成网状结构。通过这种交联过程，高分子材料的分子结构得以加强，从而显著提高了橡胶胶黏剂的强度和弹性。

    在橡胶的生产中，硫磺是一种常用的交联剂，它能够有效地在线型橡胶分子间产生交联作用。此外，为了加速交联反应的进行，通常还需要加入促进剂来辅助硫磺的作用。这些促进剂能够降低交联反应的活化能，使交联过程更加高效，从而进一步提升橡胶胶黏剂的性能。

    从交联剂的定义来看，交联剂、固化剂和硬化剂在实际应用中属于难以明确区分的助剂类别，它们之间的主要差异在于应用对象和强调的外部特性上。在环氧树脂胶黏剂、涂料等领域，这些助剂往往被称为固化剂；在橡胶制造中，它们被称为硬化剂；而在更广泛的高分子材料处理中，当强调分子结构的变化时，它们则被称为交联剂。

    进一步从交联剂的工艺配合过程来细分，交联剂可以进一步区分为外交联剂和内交联剂。

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外交联剂

外交联剂是指在胶黏剂或聚合物基料合成完成后，但在配胶施工使用前加入的助剂，这些助剂能在室温、加热或辐照条件下触发交联反应。外交联剂包含以下几个主要类别：

• 多异氰酸酯类：例如JQ-1、JQ-1E、JQ-2E、JQ-3E、JQ-4、JQ-5、JQ-6、PAPI、可乳化MDI、四异氰酸酯以及其他异氰酸酯类交联剂。
• 多元胺类：如丙二胺、MOCA等。
• 多元醇类：如聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷等。
• 缩水甘油醚类：如聚丙二醇缩水甘油醚。
• 无机物类：包括氧化锌、氯化铝、硫酸铝、硫黄、硼酸、硼砂、硝酸铬等。
• 有机单体类物质：涵盖苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙二醛、氮丙啶等。
• 有机硅类：如正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷等。
• 苯磺酸类：例如对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯。
• 丙烯酸酯类：包括二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、TAC、丙烯酸丁酯、HEA、HPA、HEMA、HPMA、MMA等。
• 有机过氧化物：如过氧化二异丙苯、过氧化双2，4-二氯苯甲酰等。
• 金属有机化合物：如异丙醇铝、醋酸锌、乙酰丙酮钛等。
• 多功能聚碳化二亚胺类交联剂：以及封闭型交联剂等。
  
  

这些外交联剂的选择和使用取决于特定的应用需求、材料体系以及加工条件。

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内交联剂

内交联剂是在基料树脂制备聚合过程中，作为一种共聚单体与主单体共同构成大分子结构链的一部分，或者在胶黏剂中加入作为一个组分，这种组分能在稳定贮存条件下存在，只有在达到特定温度或受到辐射时才触发交联反应。常见的内交联剂包括烯类单体，如丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺等。

交联剂的选用

在选择交联剂时，需考虑以下要求以确保其与特定胶黏剂的最佳匹配：

① 交联剂的活性基团需能与胶黏剂中的组分反应，形成稳定的交联结构。
② 交联剂应具有高交联效率，即便在少量添加下也能获得稳定的交联效果。
③ 交联速率应适中，过快或过慢都可能影响胶黏剂的性能。
④ 在某些情况下，混合使用几种交联剂可能获得更优异的综合效果。
⑤ 交联剂在工艺处理和贮存期间应保持稳定，避免有害反应和凝聚作用。
⑥ 优选无毒害、无刺激性且环保的交联剂。

树脂与交联剂的配合

    在树脂与交联剂的配合中，不同的树脂体系需要不同的交联剂来实现有效的交联：

① 环氧树脂通常与酸类、胺类、氨基树脂、异氰酸酯、酚醛树脂等配合，实现冷固化或热固化。
② 氨基树脂可以与异氰酸酯、羧酸或酐类、环氧树脂、酚醛树脂等进行交联，适用于冷固化或热固化体系。
③ 酚醛树脂在交联时常用酸类、环氧树脂和异氰酸酯等作为交联剂，支持冷固化和热固化。
④ 醇酸树脂的交联体系包括酸类、胺类、氨基树脂、异氰酸酯、酚醛树脂、过氧化物、光引发剂等。
⑤ 丙烯酸树脂的交联剂包括胺类、氨基树脂、环氧树脂、异氰酸酯、酚醛树脂、自由基等。
⑥ 聚乙烯的交联通常使用过氧化物、硅烷醇、电子束等方法。
⑦ 常规弹性体的交联剂有硫黄、过氧化物、异氰酸酯等，适用于冷固化和热固化体系。
⑧ 特殊弹性体的交联剂可能包括金属氧化物、硅烷醇、树脂、胺类等，也支持冷固化和热固化体系。