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环氧树脂

概述 分子结构 应用分类 用途与作用 制备方法 环氧树脂粘合剂 环氧树脂涂料

CAS号: 61788-97-4
英文名称: Phenolic epoxy resin
英文同义词: Resin M;Resin epoxy;Heloxy Modifier 48;phenolic epoxy resin
中文名称: 环氧树脂
中文同义词: M树脂;环氧树脂;环氧树脂20;环氧树脂E51;环氧树脂AG-80;甲基缩水甘油醚,聚合物键合型;PHENOLIC EPOXY RESIN英文同义词:PHENOLIC EPOXY RESIN
CBNumber: CB32131152
分子式: C21H23ClFNO2
分子量: 375.8642232
MOL File: 61788-97-4.mol
环氧树脂化学性质
EPA化学物质信息: Epoxy resins(61788-97-4)
安全信息

环氧树脂 性质、用途与生产工艺

概述
凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能,它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度,介电性能良好,变定收缩率小,制品尺寸稳定性好,硬度高,柔韧性较好,对碱及大部分溶剂稳定,因而广泛应用于国防、国民经济各部门,作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。
我国自1958年开始对环氧树脂进行了研究,并以很快的速度投入了工业生产,至今已在全国各地蓬勃发展,除生产普通的双酚A-环氧氯丙烷型环氧树脂外,尚生产各种类型的新型环氧树脂,以满足国防建设及国发经济各部门的急需。环氧树脂的制备方法大致有下列几种类型:活性氢化物与环氧氯丙烷反应、以过氧化氢或过酸(例过醋酸)将双键进行液相氧化、双键化合物的空气氧化。
分子结构
环氧树脂简称EP,是分子结构中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;此外,还有与含烯键化合物反应而制成的环氧树脂。
双酚A型环氧丙基醚类环氧树脂分子结构式中的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。
以上信息由Chemicalbook的Tony编辑整理(2014-01-30)。
应用分类
1,缩水甘油酯类环氧树脂:缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较,它具有粘度低,使用工艺性好;反应活性高;粘合力比通用环氧树脂高,固化物力学性能好;电绝缘性好;耐气候性好,并且具有良好的耐超低温性,在超低温条件下,仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度,透光性、耐气候性好。
2,缩水甘油胺类环氧树脂:这类树脂的优点是多官能度、环氧当量高,交联密度大,耐热性显著提高。上前国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂优越的粘接性和耐热性,来制造碳纤维增强的复合材料(CFRP)用于飞机二次结构材料。
3,脂环族环氧树脂:这类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环氧化而制得的,它们的分子结构和二酚基丙烷型环氧树脂及其它环氧树脂有很大差异,前者环氧基都直接连接在脂环上,而后者的环氧基都是以环氧丙基醚连接在苯核或脂肪烃上。脂环族环氧树脂的固化物具有以下特点:①较高的压缩与拉伸强度;②长期暴置在高温条件下仍能保持良好的力学性能;③耐电弧性、耐紫外光老化性能及耐气候性较好。
4,脂肪族环氧树脂:这类环氧树脂分子结构里不仅无苯核,也无脂环结构。仅有脂肪链,环氧基与脂肪链相连。环氧化聚丁二烯树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。
用途与作用
环氧树脂广泛用作粘合剂、防腐材料、绝缘涂层、层压材料、浇铸和浸渍材料、模压材料等。还可用作玻璃纤维增强塑料、电器精密件、防震吸音材料、纺织品整理剂。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。
制备方法
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,例如双酚A型环氧丙基醚类环氧树脂的制备,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,如与含烯键化合物反应而制成的环氧树脂均是此种类型。双酚A型的环氧树脂的合成,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。
双酚A型环氧树脂 制备化学反应式
环氧树脂粘合剂
环氧树脂粘合剂俗称 “万能胶”,是一类用途相当广泛的高强度粘合剂,由环氧树脂为主体,添加固化剂等配制而成,对很多材料具有优良的粘附力和粘接强度。常用的固化剂有胺类、酸酐、酰胺类等。为适应不同需要,可加入各种不同的辅助材料。其主成分为不同分子量、不同化学结构的环氧树脂,再加入固化剂 (如胺类、酸酐及其它高分子化合物) 使之固化转变为不溶不熔的体型交联结构,缩短工艺时间; 加入增塑剂或聚硫橡胶、丁腈橡胶、尼龙聚酰胺树脂等改进克服脆性,提高韧性; 加入酚醛树脂、有机硅化合物提高耐热性; 加入不同无机填料减少硬化时的收缩性及内应力。环氧树脂粘合剂根据所用固化剂种类等的不同可分为室温固化型及加热固化型两类,各类的粘接性能、工艺、固化条件有很大差别。用于粘接金属、玻璃、塑料、陶瓷等。
环氧树脂胶粘剂是具有不同分子量的两端含有环氧基团的化合物,其中最典型和使用最广泛的是以双酚A和环氧氯丙烷合成的树脂,其化学结构为:
环氧树脂
环氧树脂对多种固化剂具有反应活性,因此对多种基材具有粘结性,并且对不同固化温度 (从室温到高温) 和最终使用性能的要求都能适应。
环氧树脂固化过程无副产物排放,体积收缩率小,具有电性能、耐化学品、耐溶剂等特点。
除上述结构之外,还有线性酚醛多环氧树脂和长链脂肪族环氧树脂,它们主要与双酚-A环氧树脂配合使用,前者可提高交联密度,增强耐化学性,后者用于提高胶粘剂的柔韧性。而含卤素取代基的双酚-A,可制得阻燃性环氧树脂胶粘剂。
Chemicalbook的Andy编辑整理。
环氧树脂涂料
环氧树脂涂料以环氧树脂为主要成膜物质的涂料。分为溶剂型(又分为胺固化型、合成树脂固化型、脂肪酸酯化型3种)、无溶剂型、粉末型和线型4类。环氧树脂本身是热塑性的,要使环氧树脂制成有用的涂料,就必须使环氧树脂与固化剂或植物油脂肪酸进行反应,交联成不溶及不熔的三维网状结构,才能显示出各种优良的性能。本涂料的种类很多,各有其特点,概括其优点有: 附着力强,特别是对金属表面的附着力更强,这是由于结构中含有脂肪族烃基、醚键及极活泼的环氧基之故,前两个基在相邻两面之间产生引力,环氧基与含活泼氢金属表面起反应生成化学键,同时由于形成三维网状结构,其耐化学药剂性优良,尤其耐碱性更好,这一特点比酚醛树脂涂料、聚酯涂料好,此外,耐腐蚀性、绝缘性、保色性及热稳定性均好。不足之处有: 涂膜易粉化、耐气候性差、流平性差、涂膜丰度亦稍差。
环氧树脂涂料广泛用于工厂建筑涂料(钢铁结构的保护涂料)、包装容器涂料(软管如牙膏等、罐头内壁涂料)、家用器具底层涂料(洗衣机、电冰箱、电烤箱、缝纫机、电扇、钢制家具等)、交通车辆涂料(飞机、汽车、自行车、农业机械、内燃机车等)、船舶涂料(船体、甲板、船舱内壁等)、电器绝缘涂料、防腐涂料(化工厂的罐、槽、容器、管道等)。
以上信息由Chemicalbook的彤彤编辑整理(2014-01-30)。
用途 
用于制防腐涂料、粉末涂料、油墨、粘合剂、绝缘材料等
环氧树脂 上下游产品信息
上游原料
二甲苯 植物油酸 二聚酸 植物油 双酚A 氢氧化钠 环氧氯丙烷
下游产品
硫磺 阳极电泳漆 CC-2SH胶粘剂前牙复合树脂 DAD-54导电胶 醇酸底漆 环氧煤沥青防腐涂料 水溶性环氧树脂 环氧型粉末涂料 环氧富锌车间底漆 沥青船底防污漆 涂料 防腐涂料 电泳漆 稀土类磁性塑料 环氧富锌底漆 双酚A 油墨 HF-685高强度钢箍粘合剂 DAD-40导电胶 DAD-24胶 环氧导电胶 导电涂料-丙烯酸酯共聚物和碘化亚铜复合体系 环氧-聚酯混合型粉末涂料 导电涂料 热固性粉末涂料 聚砜系超滤膜 聚乙烯导电塑料
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