什么是环氧树脂？

环氧树脂是一种化合物，其分子中含有两个或两个以上高反应性的环氧基团。市场上有多种环氧树脂，包括最常见的双酚A型环氧树脂，可根据其特性进行选择使用[表1]。环氧树脂是一种低分子量化合物，可以是液体或固体，因此不能用作油漆或粘合剂的树脂，因为环氧树脂通常与一种称为环氧树脂固化剂的化合物反应，制成具有适合其预期用途的特性的固体树脂。

表1：环氧树脂示例

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类型	具体示例	特性及主要应用
双酚A		・一种通用环氧树脂， 有液态和固态两种形态 ・用于油漆、粘合剂、 层压板以及电子和电气元件的封装等
酚醛树脂		・具有优异的耐热性、耐化学性和耐水性 ・半导体封装材料、耐热层压板 ・粉末涂料
联苯类		・低熔点粘度、低吸湿性 ・半导体封装材料
溴化环氧树脂		・增加阻燃性 ・半导体封装材料、层压板
脂环族环氧树脂		・LED封装材料 ・低粘度、长操作时间、 良好的颜色稳定性和热稳定性 ・变压器和线圈的封装材料

环氧树脂固化剂

环氧树脂固化剂分为两种：一种在低温或室温下固化，如脂肪族多胺、聚酰胺和聚氨基甲酸酯；另一种需要加热固化，如芳香族多胺、酸酐、酚醛树脂和双氰胺（DICY）[表2]。一般来说，用低温固化剂或室温固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变点较低，固化后材料变软，因此常用于涂料。另一方面，用热固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变点较高，耐热性和机械强度优异，因此常用于电气和电子元件。

表2：环氧树脂固化剂的示例 硬化类型

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硬化类型	类型	具体示例	化合物的特性
低温至室温	脂肪族聚胺	三乙烯四胺	・优异的粘附性 ・小规模浇铸、粘合剂
	聚酰胺		・长保质期 ・油漆
	聚合物		・优异的低温固化性能 ・粘合剂
热固化型	芳香族多胺	二苯甲烷二胺等	・优异的耐热性和耐化学性 ・用于玻璃纤维层压板
	酸酐	3-甲基四氢苯酐	・化合物粘度低，固化产品具有优异的电气性能 ・LED、密封材料、层压板、粉末涂料
	酚醛树脂	酚醛树脂	・具有优异的耐化学性和电气特性 ・半导体封装材料、层压板
	双氰胺（DICY）	双氰胺（DICY）	・具有 优异的潜伏期（较长的使用期） ・可用于层压板、粉末涂料和粘合剂

*效力：只有达到一定温度时才会发生固化反应。

环氧树脂固化促进剂

在使用热固化型固化剂的环氧树脂中，如果固化剂是芳香族多胺，加热后固化反应会相对容易地进行。然而，对于（1）酸酐基、（2）酚醛树脂基或（3）DICY基固化剂，它们所具有的功能基团与环氧基团之间的反应性较低，因此即使加热，环氧树脂的固化反应也不容易进行。因此，为了加快固化反应并提高树脂的硬度和强度，有必要同时使用环氧树脂固化促进剂。例如，液态双酚A环氧树脂和酸酐固化剂即使加热到120°C一小时也不会固化，但如果与San-Apro的固化促进剂“U-CAT SA 102”结合使用，只需十几分钟即可固化。在采用热固化固化剂的环氧树脂中，环氧树脂固化促进剂的作用极为重要，目前市场上有多种不同类型的环氧树脂固化促进剂（表3）。San-Apro的产品种类也很丰富，包括DBU（1,8-二氮杂双环（5,4,0）-十一碳-7-烯）和DBN（1,5-二氮杂双环 )-壬-5-烯）和“U-CAT SA®”系列（这些化合物的有机酸盐）以及“U-CAT®”系列（包括特殊胺、尿素和磷系列产品）。DBU和DBN（1,8-二氮杂双环（5,4,0）-十一碳-7-烯）和DBN（1,5-二

表3　环氧树脂固化促进剂的示例

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类型	具体示例
叔胺 叔胺盐		三(二甲氨基甲基)苯酚
咪唑	1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑	2-乙基-4-甲基咪唑
磷化氢 磷鎓盐	三苯基膦	四苯基鏻 四苯基硼酸
特色产品	3-苯基-1,1'-二甲基脲	鎓盐

表4：San-Apro环氧树脂固化促进剂

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产品名称	成分	主要固化剂	主要应用
DBU	1,8-二氮杂双环（5,4,0）-十一烯-7	酚醛树脂	粘合剂、涂料、半导体封装材料
DBN	1,5-二氮杂双环（4,3,0）-5-壬烯-	酚酚醛树脂	粘合剂、油漆、半导体封装材料
U-CAT SA 1	DBU 酚盐	酸酐	LED、人造大理石、液体密封剂、粉末涂料
U-CAT SA 102	DBU辛酸盐
U-CAT SA 506	对甲苯磺酸二丁酯
U-CAT SA 603	DBU格式
U-CAT SA 810	DBU邻苯二甲酸盐
U-CAT 5002	四苯基硼酸四丁基铵衍生物
U-CAT 5003	磷盐，4级
U-CAT 18X	特殊胺
U-CAT SA 831・841・851	DBN 酚醛树脂盐	酚醛树脂	半导体封装材料
U-CAT 881	DBN 酚醛树脂盐
U-CAT 891	DBN特殊酚醛树脂盐
U-CAT 3512T	芳香族二甲基脲	双氰胺（DICY）	层压板、粉末涂料
U-CAT 3513N	脂肪族二甲基脲

(1) 酸酐固化剂的固化促进剂

电机、变压器以及LED等电气和电子元件的线圈用树脂浸渍或密封，以防止受潮和振动。通常使用含有酸酐固化剂的环氧树脂来达到这一目的。当用作LED的密封材料时，环氧树脂固化剂不仅不能影响电气特性，而且不能在固化反应过程中产生快速发热，固化后也不能使树脂变色。San-Apro的环氧树脂固化促进剂“U-CAT SA 102”（辛基丁基醚）是液态酸酐固化系统的典型产品，在固化过程中放热效应低，固化树脂变色小。图1显示了使用U-CAT SA 102时的固化加速数据（凝胶时间），图2显示了固化放热数据。快速固化放热会导致固化树脂褪色，产生的内部应力会降低粘合性。可以说U-CAT SA 102是LED封装应用的理想选择。固化放热行为更温和的产品是U-CAT SA 506。该产品是由DBU和强酸对甲苯磺酸制成的盐，由于其催化活性表现出的温度很高，因此当与U-CAT SA 102结合使用时，固化放热行为变得非常温和。此外，近年来，白色LED因其能耗低、寿命长，已被用于对色彩还原度要求较高的领域，如电视、电脑显示器和汽车仪表板的背光。在LED比照明灯更难以更换的应用中，有必要长时间保持高水平的色彩还原度，换句话说，就是长时间保持LED封装材料的透明度。San-Apro公司开发了一种新型环氧树脂固化促进剂，通过改变结构中阳离子成分的取代基和其他成分的改性，能够保持高水平的颜色再现性。使用该产品固化的环氧树脂具有更好的耐热性和耐光性。在我们的耐久性测试中，使用这种新产品的LED封装剂的耐久性比传统产品提高了约30%[图3和图4]。此外，由于LED封装胶所需性能越来越多样化，我们还在产品系列中添加了两种类型的环氧固化促进剂（磷基“U-CAT 5003”和铵基“U-CAT 18X”）。

图1：使用U-CAT SA 102时的固化加速特性　

图2：使用U-CAT SA 102时的固化放热曲线

图3：使用磷和铵系统的环氧树脂的耐热性

图4：使用磷和铵系统的环氧树脂的耐热性

(2) 酚醛酚醛树脂固化剂固化促进剂

半导体芯片通常用黑色树脂覆盖。这种树脂是环氧树脂和填料的混合物，被称为半导体封装材料，用于保护从硅晶片切割下来的硅芯片免受灰尘、潮湿、冲击等影响[图5]。这种密封材料中最常用的环氧树脂类型是甲酚酚醛树脂和联苯，而最常见的固化剂类型是苯酚酚醛树脂。此外，超过70%的细粉状二氧化硅被用作填料，以提高耐热性和机械性能。以下是这种应用中使用的固化促进剂的要求 首先，它必须具有与成型周期相匹配的固化促进剂性能。在半导体封装中，主要使用传递成型法，在注入封装材料后，在175℃下放置1至2分钟后取出模具（之后，如有必要，再进行后固化）。因此，必须使凝胶时间（即环氧树脂流动性消失的时间）约为25至35秒。 其次，固化剂必须是粉末状。封装材料是通过将固体环氧树脂、固化剂、细粉状二氧化硅和其他粉末状成分混合在一起，然后用辊子或类似装置进行揉捏制成的。因此，固化促进剂最好是粉末状，以便将各种成分充分混合在一起。
第三，固化后的材料必须具有良好的机械性能和电绝缘性。San-Apro公司适用于该应用的典型固化促进剂是“U-CAT SA831、SA841、SA851”系列，它们是由DBU和酚醛酚醛树脂组成的盐。由此产生的环氧树脂固化剂具有优异的电气绝缘性、耐热性和防潮性，以及附着力。图6显示了使用该系列产品时环氧树脂固化行为的数据。

图6：半导体封装（用于分立器件）的横截面

图7：使用U-CAT SA 841时的固化行为

③DICY型固化剂促进剂

DICY型固化剂用于碳纤维复合材料（如风力涡轮机螺旋桨）中的环氧树脂。在室温下，DICY型固化剂不溶于环氧树脂，但会分散在环氧树脂中，因此DICY型固化剂和环氧树脂的混合物在室温下是稳定的（在高温下，它们会溶解并与环氧树脂发生反应）。然而，DICY的固化温度较高，约为200℃，且由于DICY不能完全溶解，因此存在一些未反应的材料以颗粒形式残留的缺点。为了解决这个问题，San-Apro的尿素基固化促进剂“U-CAT 3512T”或“U-CAT 3513N”非常有效。这些固化促进剂不会影响环氧树脂/DICY的室温反应性，固化反应在120℃或更高的温度下开始，其结构使DICY能够高度溶解在环氧树脂中。
表5显示了“U-CAT 3512T”和“U-CAT 3513N”的固化特性（凝胶时间）和储存稳定性（可使用时间）数据。

表5：固化特性和储存稳定性

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产品名称	添加量（份）	凝胶时间（分钟）	可使用时间（天）
U-CAT 3512T	0.5	18	13
U-CAT 3513N	3.0	21	＞60

以上是环氧树脂固化促进剂的概述，重点介绍了 SANAPRO 的现有产品。