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什么是环氧树脂?

日期:2020-02-17

环氧树脂是指任何基本成分或固化的最终产品的环氧树脂,以及作为一个俗名环氧化物官能团。环氧树脂,也称为聚环氧化物,是一类反应性预聚物和含有环氧基的聚合物。

什么是环氧树脂?

环氧树脂可以通过催化均聚反应与自身反应,也可以与多种共反应物(包括多官能胺,酸(和酸酐),酚,醇和硫醇(通常称为硫醇)反应(交联)这些共反应物通常被称为硬化剂或固化剂,而交联反应通常被称为固化。

多环氧化物本身或与多官能硬化剂的反应形成热固性聚合物,通常具有良好的机械性能以及高的耐热性和耐化学性。环氧树脂具有广泛的应用,包括金属涂层,用于电子/电气组件/ LED,高压电绝缘体,油漆刷制造,纤维增强塑料材料以及用于结构和其他目的的粘合剂。

环氧树脂(预聚物和单体)

大多数商业上使用的环氧单体的通过用化合物反应生成酸性羟基和表氯醇:

  • 首先,羟基与表氯醇发生偶联反应,然后脱卤化氢。

由这样的环氧单体生产的环氧树脂称为基于缩水甘油基的环氧树脂。羟基可以衍生自脂族二醇,多元醇(聚醚多元醇),酚类化合物或二羧酸。酚可以是双酚A和酚醛清漆等化合物。多元醇可以是化合物,例如  1,4-丁二醇。二-和多元醇产生二缩水甘油基聚醚。二羧酸例如六氢邻苯二甲酸用于二乙交酯酯树脂。代替羟基,也 可以使胺或酰胺的氮原子与表氯醇反应。

用于环氧树脂的等生产途径是转化的脂族或环脂族烯烃与过酸:

可以看出,与基于缩水甘油基的环氧树脂相反,这种环氧单体的这种生产不需要酸性氢原子而是需要脂族双键。

环氧基有时也称为环氧乙烷基。

双酚基环氧树脂

最常见的环氧树脂是基于  环氧氯丙烷(ECH)与双酚A反应,产生另一种化学物质,称为双酚A二缩水甘油醚。这代表了最基本的,即最低分子量的环氧树脂,通常被称为BADGE或DGEBA。当前,基于BADGE的树脂是最广泛商业化的树脂。其他常见的树脂包括BFDGE,它是通过ECH与双酚F反应制得的  。

在该两阶段反应中,首先将表氯醇添加到双酚A中(形成双(3-氯-2-羟基-丙氧基)双酚A),然后在缩合反应中与化学计量的氢氧化钠形成双环氧化物。氯原子以氯化钠的形式释放,氢原子以水的形式释放  。

通过形成的双酚A双缩水甘油醚与其他双酚A的反应生成更高分子量的二缩水甘油醚(n≥1),这称为预聚合:

包含几个重复单元(n  = 1至2)的产品是粘稠的澄清液体;这称为液态环氧树脂。包含更多重复单元(n  = 2至30)的产物在室温下为无色固体,其相应地称为固体环氧树脂。

代替双酚A,可以使用其他双酚(尤其是双酚F)或溴化双酚(例如四溴双酚A)进行所述环氧化和预聚合。 双酚F可能会以与双酚A相似的方式经历环氧树脂的形成。与双酚A树脂(一旦固化)相比,这些树脂通常具有更低的粘度和更高的每克平均环氧含量,这使得双酚F具有更高的耐化学性。

重要的环氧树脂是通过将表氯醇与双酚A结合产生双酚A二缩水甘油醚而生产的。

双酚A二缩水甘油醚环氧树脂的结构:  n  表示聚合的亚单元数,通常在0至25的范围内。

在制造过程中增加双酚A与表氯醇的比例会产生具有缩水甘油基端基的较高分子量的线性聚醚,根据所获得的分子量,它们在室温下为半固体至硬质结晶材料。这种合成途径被称为“太妃糖”过程。更高分子量的环氧树脂的更现代的制造方法是从液态环氧树脂(LER)开始,加入计算量的双酚A,然后加入催化剂,并将反应加热到大约160°C(320°F)。此过程称为“前进”。随着树脂分子量的增加,环氧化物的含量降低,材料的性能越来越像热塑性塑料。分子量非常高的缩聚物(约30 000 – 70 000 g / mol)形成一类称为苯氧基树脂,实际上不包含环氧基(因为末端环氧基与分​​子的总尺寸相比微不足道)。然而,这些树脂在整个主链上确实含有羟基,该羟基也可能经历其他交联反应,例如与氨基塑料,表塑料和异氰酸酯。

环氧树脂是聚合物或半聚合物材料或低聚物,因此很少作为纯物质存在,因为可变链长是由用于生产它们的聚合反应产生的。可以为某些应用生产高纯度等级,例如使用蒸馏提纯工艺。高纯度液体等级的一个缺点是,由于其高度规则的结构,它们倾向于形成结晶固体,然后需要熔化才能进行加工。

环氧树脂的重要标准是环氧基含量。这表示为“ 环氧当量 ”,其是单体的分子量与环氧基团数之间的比率。此参数用于计算固化环氧树脂时使用的共反应剂(固化剂)的质量。环氧树脂通常用化学计量或接近化学计量的固化剂进行固化,以达到最佳的物理性能。