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化學交聯的奇蹟：什麼讓聚合物變得如此堅韌？
在聚合物化學和過程工程中，固化是一種化學過程，通過聚合物鏈的交聯來產生聚合物材料的加固或硬化。儘管這一過程與熱固性聚合物的生產密切相關，但「固化」這一術語也可以用於所有從液體溶液獲得固體產品的過程，例如 PVC 塑料膠。固化使聚合物變得更加堅韌，讓它在真實世界應用中更具彈性。
固化過程
在固化過程中，單體和低聚物與或不與固化劑混合，反應形成三維聚合物網絡。在反應的最初階段，各種結構的分子分支形成，隨著反應的進行，分子量隨時間增加，直到網絡大小等於系統的大小。系統失去了可溶性，其粘度趨於無限。剩餘的分子開始與宏觀網絡共存，直到它們與網絡反應，形成其他交聯。
固化可以通過熱、輻射、電子束或化學添加劑來誘導。在某些情況下，固化不需要混合化學固化劑。
通過添加劑誘導的固化
環氧樹脂通常需要添加劑進行固化，這些添加劑通常被稱為硬化劑。聚胺基通常用於此目的，因為胺基能夠開環環氧基。對於橡膠，固化也可以通過添加交聯劑來實現，這個過程稱為硫熔融。硫分解以形成聚硫交聯（橋接）聚合物鏈的結構。交聯的程度會影響材料的剛性、耐用性及其他性質。
許多油漆和清漆中通常含有助於幹燥的金屬肥皂，這些金屬肥皂催化不飽和幹燥油的交聯，當油漆被描述為“幹燥”時，實際上是通過交聯硬化。
不使用添加劑的固化
在混凝土的情況下，固化涉及矽酸鹽交聯的形成，並不需要添加劑。在許多情況下，樹脂以溶液或與熱活化催化劑的混合物形式提供，這種催化劑僅在加熱時誘導交聯。例如，一些基於丙烯酸的樹脂是用二苯甲酰過氧化物配方製成的，在加熱混合物時，過氧化物轉化為自由基，開始交聯過程。
熱施加後，樹脂的粘度會下降，但隨著交聯的開始而上升，這一過程持續到形成三維低聚物鏈網絡為止。
監測方法
固化監測對於控制複合材料製造過程至關重要，材料從液體轉變為固體，粘度是固化過程中最重要的變化特徵。固化監測依賴於監測各種物理或化學性能。
流變分析
固化過程中監測粘度變化的一種簡單方法是測量彈性模量的變化。可以使用流變儀來測量系統在固化過程中的彈性模量，特別是動態機械分析，可以測量儲存模量 (G') 和損失模量 (G)。
熱分析
如果交聯過程中的反應是放熱的，則交聯速率可與反應產生的熱量相關。熱流差示掃描量熱法可以用於測量熱流。
介電分析
傳統的介電法能夠監測樹脂從液體到橡膠再到固態的固化過程，並擁有監測複雜樹脂混合物的相分離能力。
波譜分析
通過測量特定反應樹脂物質的濃度變化，可以採用光譜法來監測固化過程，例如使用傅里葉變換紅外光譜 (FTIR) 和拉曼光譜。
超聲分析
超聲固化監測方法的基本原理是根據超聲波傳播特性變化與組件實時機械性能之間的關係進行評估。
在探索聚合物堅韌性背後的化學交聯過程時，我們不禁要思考：未來的材料科學將如何推動我們的技術與生活邊界的拓展?
