环氧树脂是指那些分子中至少含有两个
反应性环氧基团的树脂化合物。环氧树脂经固化后有许多突出的优异性能,如对各种材料特别是对金属的
黏着力很强、有很强的耐化学腐蚀性、力学强度很高、
电绝缘性好、耐腐蚀等。此外,环氧树脂可以在相当宽的温度范围内固化,而且固化时体积收缩小。
双酚A型环氧树脂是由双酚A、
环氧氯丙烷在碱性条件下缩合,经水洗,脱
溶剂精制而成的
高分子化合物。因环氧树脂的制成品具有良好的物理
机械性能,耐化学药品性,电气
绝缘性能,故广泛应用于涂料、胶粘剂、
玻璃钢、
层压板、电子浇铸、灌封、
包封等领域。
环氧树脂的种类繁多,区别起见,常在环氧树脂的前面加上不同单体的名称。如二酚基丙烷(简称
双酚A)环氧树脂(由双酚A和
环氧氯丙烷制得);
甘油环氧树脂(由
甘油和
环氧氯丙烷制得);
丁烯环氧树脂(由
聚丁烯氧化而得);环戊
二烯环氧树脂(由二环戊二烯环氧化制得)。此外,对于同一类型的环氧树脂,也根据它们的黏度和
环氧值的不同而分成不同的牌号,因此它们的性能和用途也有所差异。应用最广泛的是双酚A型环氧树脂的一些牌号,通常所说的环氧树脂就是指双酚A型环氧树脂。
双酚A型环氧树脂是
环氧树脂中产量最大、使用最广的一种品种,因为它有很高的透明度,也是由
双酚A和环氧氯丙烷在
氢氧化钠存在下反应生成的。根据
相对分子质量大小,环氧树脂可以分成各种型号。一般低相对分子质量环氧树脂的n
平均值小于2,软化点低于50℃,也成为软环氧树脂;中等相对分子质量环氧树脂的
n值在2~5之间,软化点在50~95℃之间;而n大于5的树脂(
软化点在100℃以上)称为高相对分子质量树脂。式中n一般在0~25之间。
在环氧树脂的结构中有羟基(〉CH—OH)、醚基(—O—)和极为活泼的
环氧基存在,羟基和醚基有高度的极性,使环氧分子与相邻界面产生了较强的
分子间作用力,而环氧基团则与介质表面(特别是金属表面)的游离键起反应,形成
化学键。因而,环氧树脂具有很高的黏合力,用途很广,商业上被称作“
万能胶“。此外,环氧树脂还可做涂料、浇铸、浸渍及模具等用途。但是,环氧树脂在未固化前是呈
热塑性的
线型结构,使用时必须加入固化剂,固化剂与环氧树脂的环氧基等反应,变成
网状结构的
大分子 ,成为不溶且不熔的热固性成品。环氧树脂在固化前相对分子质量都不高,只有通过固化才能形成体形高分子。环氧树脂的固化要借助固化剂,固化剂的种类很多,主要有
多元胺和
多元酸,他们的分子中都含有活泼
氢原子,其中用得最多的是液态多元胺类,如
二亚乙基三胺和
三乙胺等。环氧树脂在室温下固化时,还常常需要加些
促进剂(如多元
硫醇),以达到快速固化的效果。 固化剂的选择与环氧树脂的
固化温度有关,在通常温度下固化一般用多元胺和多元
硫胺等,而在较高温度下固化一般选用
酸酐和多元酸为固化剂。不同的固化剂,其
交联反应也不同。
环氧树脂的各个
应用领域中,其最终的
使用性能是由环氧树脂固化物提供的。环氧树脂固化物的性能取决于固化物的分子结构。而固化物的分子结构及其形成则取决于环氧树脂的结构及性能、固化剂的结构及性能、添加剂的结构及性能,以及环氧树脂的固化历程。双酚A型环氧树脂的结构对环氧树脂及其固化物性能的影响如下:
(3)n值较大的树脂分子链上有规律地、相距较远地出现许多
仲羟基,可以看成是一种
长链多元醇(1)是
热塑性树脂,但具有
热固性,能与多种
固化剂、
催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物,几乎能满足各种使用要求
双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在碱性催化剂(通常用
NaOH)作用下缩聚而成。
(1)液态双酚A型环氧树脂的合成方法归纳起来大致有两种:一步法和二步法。一步法又可分为一次
加碱法和二次加碱法。二步法又可分为间歇法和
连续法。
(2)固态双酚A型环氧树脂的合成方法大体上也可分为两种:一步法和二步法。一步法又可分为
水洗法、溶剂
萃取法和
溶剂法。二步法又可分为
本体聚合法和催化聚合法。
又称E型环氧树脂,化学名称
双酚A二缩水甘油醚,简称EP,
平均分子量3100~7000。几乎无色或淡黄色透明黏稠液体或块(片、粒)状脆性固体,
相对密度1.160。溶于
丙酮、甲.乙酮、环已酮、
醋酸乙酯、
甲苯、
二甲苯、
无水乙醇、
乙二醇等
有机溶剂。可燃。无毒。
用作
聚硫密封胶的
增黏剂和
氯磺化聚乙烯胶黏剂的增黏
交联剂。还用作
聚氨酯胶黏剂的
增强剂,其
聚氨酯一环氧胶黏剂的
剪切强度15.8MPa比单纯聚氨酯胶黏剂的剪切强度(9.0MPa)提高了76%。双组分聚氨酯胶黏剂中加入少量环氧树脂,可明显提高
拉伸剪切强度。