环氧树脂

    环氧树脂 : 简称EP。含有 两个或两个以上环氧基的树脂的总称。不论分 子长或短,键的两端基本上都是环氧基,而环氧 基的官能度为2,与固化剂交联固化后,可以形 成三维网状结构,所以环氧树脂是一种体型高 分子化合物。根据聚合度,可分为液态或固态。 由于环氧基 是一个三元环, 此种三元环很容易开环及有很强的反应性,环 氧树脂的许多特点均由此而产生。环氧树脂最 重要的品种是由环氧氯丙烷与双酚A缩聚而成 的双酚A型环氧丙基醚类环氧树脂[1];此外,还 有与含烯键化合物反应而制成的环氧树脂, 如[2]等。

现以[1]为例说明如下:
式中的n表示聚合度,n愈大,分子链愈长, 相对分子质量就愈高,羟基就愈多。n一般在 0～14之间,相对分子质量为340～3750之间。n 值小的环氧树脂的相对分子质量小,环氧值(每 100g树脂所含环氧基)相对来说就高,低相对分 子质量者为粘稠的液体,随n值的增加,粘度增 加,当相对分子质量超过1000时,就成为固体。 因为环氧树脂是通过分子两端的环氧基进行固 化反应的,所以分子链愈长(即环氧值相对减 少)。固化后的高分子膜的交联度反而相对变 小,虽然柔性增加,但高温性能降低。熔点随相 对分子质量的增加而升高,平均相对分子质量 为600时熔点40℃、900时70℃、1400时100℃、 2900时130℃、3750时150℃。环氧树脂无嗅。无 味。耐酸。耐碱。不溶于水、甲醇和乙醇。溶于丙 酮、环己酮、甲苯、苯乙烯、酯类、醚醇类、氯化烃 类等有机溶剂。在有机溶剂中的溶解度随树脂 相对分子质量的增加而降低。粘附性、耐热性、 绝缘性、硬度、韧性均很好。分子主链是由 碳-碳键、醚键、双酚键构成,并含有羟基及环 氧基两个活性基,它们可以和其他许多化合物 和树脂反应,这对制造涂料是十分可贵的。例如 它们可以和多元胺、酰胺、酚类、羧基、羟基、有 机硅、有机钛及无机酸等反应,也可和许多固化 剂交联形成三维网状结构。
除上述环氧树脂外,为提高耐热性、耐燃 性、可挠性及降低粘度,又开发了以多元醇、多 元酚、聚胺、聚羧酸为基础物与环氧氯丙烷合成 的具有环氧基的树脂,这些都是由过氧乙酸环 氧化脂环烯烃而制得,如[2]等。在后面这些树 脂中,环氧基在其中仅起交联点的作用,改变基 础物(骨架结构),如果用其他含活泼氢的化合 物为基础物,还可以制得许多种环氧树脂,例如 以线型酚醛树脂为原料,可制得酚醛环氧树脂。 为使环氧树脂固化,必须使用固化剂及使环氧 基开环的催化剂等。常用固化剂有多胺类及胺 类(固化速度快,常温可固化)、酸酐、咪唑类、路 易斯酸盐、合成树脂、聚硫醇及双氰胺等。
环氧树脂的制备方法总的来说可概括为两 种方法,其一是以含有活泼氢的化合物如含羟 基、羧酸基、氨基等的化合物为原料,在碱的催 化作用下,与含有环氧基的化合物(如环氧氯丙 烷)进行反应,引进环氧基,例如[1]的制备,就 属此类;其二是以含有烯键的化合物如四氢邻 苯二甲酸、环己烯等为原料,再用过氧化物将烯 键环氧化,而形成环氧基,如[2]等均是此种类 型。双酚A型[1]的环氧树脂的合成,因相对分 子质量的高低而有所不同。低相对分子质量的 液体状的环氧树脂,是使双酚A在氢氧化钾(钠) 的作用下,与过量的环氧氯丙烷反应,使之环氧 化。为了抑制高相对分子质量化合物的生成及 环氧氯丙烷的水解,碱液应缓缓加入。对于中等 相对分子质量的环氧树脂,采用一步法。即将双 酚A(或其他基础物)溶于氢氧化钠中,然后逐渐 加入环氧氯丙烷进行反应,这种方法可以节省 环氧氯丙烷用量。对于高相对分子质量的环氧 树脂,有两种方法: 其一为一步法。将双酚A溶 解在氢氧化钠中,然后加入环氧氯丙烷,并再加 入一部分氢氧化钠,最后脱水精制;其二为二步 法,是在已制好的环氧树脂中,补加双酚A,使 其进 一步反应,以增加相对分子质量,这是因为 环氧树脂两端是环氧基,可以在一定的条件下 与双酚A反应。

因环氧树脂有良好的性能,广泛用于涂料、 电器、土木建筑、粘接剂及增强塑料等工业领 域。在涂料方面主要作为金属保护涂料,用于船 舶、钢铁构件、金属容器等的保护涂层;此外,作 为阳离子电泳涂料的载色剂大量用于汽车车身 的底层涂料;在电器方面广泛用作绝缘漆、注塑 材料、成型材料,特别是电子工业,除积层板外, 广泛用作LSI、IC等的密封材料;在土木建筑方 面用作混凝土浇铸道路的防滑敷料、地板材料、 灰浆材料;作为粘接剂,以良好的粘接性广泛用 在金属和非金属材料(如陶瓷、玻璃、木材等)的 粘接;也用作树脂类、聚氯乙烯的稳定剂;纺织品 处理剂,可防止起皱、缩尺。