環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物,除個別外,它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特徵,環氧基團可以位於分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由於分子結構中含有活潑的環氧基團,使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物。凡分子結構中含有環氧基團的高分子化合物統稱為環氧樹脂。
固化後的環氧樹脂具有良好的物理化學性能,它對金屬和非金屬材料的表面具有優異的粘接強度,介電性能良好,變定收縮率小,製品尺寸穩定性好,硬度高,柔韌性較好,對鹼及大部分溶劑穩定,因而廣泛應用於國防、國民經濟各部門,作澆注、浸漬、層壓料、粘接劑、塗料等用途。
我國自1958年開始對環氧樹脂進行了研究,並以很快的速度投入了工業生產,至今已在全國各地蓬勃發展,除生產普通的雙酚A-環氧氯丙烷型環氧樹脂外,尚生產各種類型的新型環氧樹脂,以滿足國防建設及國發經濟各部門的急需。
環氧樹脂的性能和特性
1、形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求,其範圍可以從極低的粘度到高熔點固體。
2、固化方便。選用各種不同的固化劑,環氧樹脂體系幾乎可以在0~180℃溫度範圍內固化。
3、粘附力強。環氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在,使其對各種物質具有很高的粘附力。環氧樹脂固化時的收縮性低,產生的內應力小,這也有助於提高粘附強度。
4、收縮性低。環氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的,沒有水或其它揮發性副產物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比,在固化過程中顯示出很低的收縮性(小於2%)。
5、力學性能。固化後的環氧樹脂體系具有優良的力學性能。
6、電性能。固化後的環氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優良絕緣材料。
7、化學穩定性。通常,固化後的環氧樹脂體系具有優良的耐鹼性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環氧體系的其它性能一樣,化學穩定性也取決於所選用的樹脂和固化劑。適當地選用環氧樹脂和固化劑,可以使其具有特殊的化學穩定性能。
8、尺寸穩定性。上述的許多性能的綜合,使環氧樹脂體系具有突出的尺寸穩定性和耐久性。
9、耐黴菌。固化的環氧樹脂體系耐大多數黴菌,可以在苛刻的熱帶條件下使用。
環氧樹脂及環氧樹脂膠粘劑本身無毒,但由於在制備過程中添加了溶劑及其它有毒物,因此不少環氧樹脂因此「有毒」,近年國內環氧樹脂業正通過水性改性、避免添加等途徑,保持環氧樹脂「無毒」本色。目前絕大多數環氧樹脂塗料為溶劑型塗料,含有大量的可揮發有機化合物(VOC),有毒、易燃,因而對環境和人體造成危害。
環氧當量:環氧當量是指含有一當量環氧基的環氧樹脂克數 。單位為[克/當量]。
環氧基含量:環氧基含量是指每一克分子環氧樹脂中環氧基的百分含量。單位為[%]。
環氧值:環氧值是指每100克環氧樹脂中含有的環氧基克當量數。單位為[當量/100克]。
有機氯值:有機氯值是指每100克環氧樹脂中含有的有機氯原子的克當量數。單位為[當量/100克]。
無機氯值:無機氯值是指每100克環氧樹脂中含有的氯離子的克當量數。單位為[當量/100克]。
揮發份:揮發份是指環氧樹脂中殘留的易揮發的溶劑含量。單位為[%]。
上述這些環氧樹脂的質量指標概念一定要分清,以免採購錯誤。
滾翻(roll)
製造環氧樹脂的原料很多,但不外乎下例二大類:一是分子中具有環氧基團或是在反應過程中能夠生成環氧基團的化合物。另一是含有多元羥基的化合物。通常見到的環氧樹脂是以環氧氯丙烷和雙酚A為原料而制得。
1、環氧氯丙烷—雙酚A型樹脂的制備:
由於投料量的不同,投料的先後順序不同,制得的環氧樹脂分子量也有高低之分,在常溫下的聚集態也有液、固之分。618、6101、634系低分子量的液態樹脂,601、604系中分子量的固體樹脂,607、609系高分子量的固體樹脂。
1低分子量環氧樹脂的制備:
雙酚A 1克分子
環氧氯丙烷2-6克分子
NaOH(30%)2-2.4克分子
操作步驟如下:
將雙酚A和環氧氯丙烷在攪拌下混合,使雙酚A溶解,然後將所需投入的鹼量控制在一定的溫度滴加到混合物中,滴完第一次鹼以後維持反應,維持畢回收環氧氯丙烷,回收畢,將其餘的鹼滴加到反應液中,再維持,然後吸入適量的苯,使樹脂液溶解,攪拌後靜止分層。將上層的樹脂苯溶液反入分水鍋,攪拌,加熱,維持,靜止,放去鹽腳,然後再攪拌,加熱使樹脂苯溶液沸騰回流,不時地將帶出的水除去,至無水泡出現,再維持回流,然後冷卻,靜止,壓濾。將壓濾液放至脫苯鍋中,先常壓脫苯,再減壓脫苯,至無苯液出來為止,制得淡黃色的液體樹脂。
2中等分子量環氧樹脂的制備:
雙酚A 1克分子
環氧氯丙烷1.5-2克分子
NaOH(30%)1.6-2.2克分子
操作步驟如下:
將雙酚A和液鹼、水投入反應鍋,加熱攪拌,維持,使雙酚A全部溶解,然後冷卻,將環氧氯丙烷加入,放熱維持,再升溫維持,抽水樣滴定,直至耗用HCl量不變,即為反應終點,反應畢攪拌仃止,吸去水層,再加水洗滌數次,然後常壓脫水,再減壓脫水,至軟化點達要求止,冷下後即為固體樹脂。
3高分子量的環氧樹脂:
中等分子量環氧樹脂100
計算量雙酚A(Q=W[E1-E2]/[0.8771+E2])
式中:
Q---加的雙酚A量
W---用的中等分子量環氧樹脂的量
E1---用的中等分子量環氧樹脂的環氧值
E2---所需制備的高分子量環氧樹脂的環氧值
操作步驟如下:
將中等分子量環氧樹脂投入鍋內,升溫,熔化開攪拌,加入雙酚A,在一定的溫度反應即可制得.