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环氧树脂是一种高分子聚合物,分子式为(C11H12O3)n,是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性,可用多种含有活泼氢的化合物使其开环,固化交联生成网状结构,因此它是一种热固性树脂。双酚A型环氧树脂不仅产量大,品种全,而且新的改性品种仍在不断增加,质量正在不断提高。
物质特性
普通液态环氧树脂外观
普通液态环氧树脂外观
环氧树脂具有仲羟基和环氧基,仲羟基可以与异氰酸酯反应。环氧树脂作为多元醇直接加入聚氨酯胶黏剂含羟基的组分中,使用此方法只有羟基参加反应,环氧基未能反应。
用酸性树脂的羧基,使环氧开环,再与聚氨酯胶黏剂中的异氰酸酯反应。还可以将环氧树脂溶解于乙酸乙酯中,添加磷酸加温反应,其加成物添加到聚氨酯胶黏剂中,可使胶的初黏、耐热性以及水解稳定性等都得到提高。还可用醇胺或胺反应生成多元醇,在加成物中有叔氮原子的存在,可加速NCO反应。
用环氧树脂作多羟基组分结合了聚氨酯与环氧树脂的优点,具有较好的粘接强度和耐化学性能,制造聚氨酯胶黏剂使用的环氧树脂一般采用EP-12、EP-13、EP-16和EP-20等品种。
改性方法
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中国环氧树脂生产厂家有一百多家,但除了岳阳和无锡等少数几家外,大都规模很小。 由于目前国内环氧树脂厂大多规模小,牌号品种单一,设备落后,树脂质量较低。
2010年开始范围内环氧树脂各主要应用市场的需求出现恢复性增长,2011-2013年美国和西欧的环氧树脂需求量分别以3.2%和2.8%的速度增长,2014-2018年将继续保持2%-3%的增长,而受益于中国市场的快速发展,环氧树脂需求量将以4.5%左右的速度增长。
虽然的环氧树脂业已进入成熟期,未来5年环氧树脂行业复合增长率在4%-5%左右。但从看,2002-2013年国内环氧树脂表观消费量年复合增长率在10%以上,远环氧树脂行业的平均增长率。预计未来国内环氧树脂行业仍能稳定增长,一方面是产业转移使得电子、船舶等下游行业都转移到中国生产,拉动了对环氧树脂的需求;另一方面,国内企业生产产品的质量在不断提高,与国外企业相比逐渐具备比较优势。
在我国GDP继续保持高增长的态势下,未来几年国内环氧树脂需求量年复合增长率可达10%左右,2015年消费总量将达到150万吨,占到环氧树脂消费市场60%左右。
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中国是大也是后一块环氧树脂市场处女地,中国环氧市场前景十分广阔。
环氧涂料(防腐、防海洋生物污染)。预测,2000年我国海洋涂料需4万吨,其中大部分是环氧防腐涂料。
容器制造业持续高速发展,罐头涂料需要越来越多的环氧树脂。
东北地区必然是环氧树脂的的潜在市场。
水性环氧涂料前途无量。此两者是环氧涂料发展的主流。中国是世界第四大粉末涂料生产国,也是亚洲大的粉末涂料生产国。我国已把粉末涂料和水性涂料确定为今后发展品种,而水性环氧涂料又在水性涂料行业中占重要地位。
甘油醚类
(1)二酚基丙烷型环氧树脂
二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成。
工业上作为树脂的控制指标如下:
①环氧值。
②无机氯含量。
③有机氯含量。
④挥发分。
⑤粘度或软化点。
(2)酚醛多环氧树脂
(3)其它多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂
(4)脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂 脂族多元醇缩水甘油醚分子中含有两个或两个以上的环氧基,这类树脂绝大多数粘度很低;大多数是长链线型分子,因此富有柔韧性。
其它类型
(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,并且具有良好的耐低温性,在低温条件下,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:国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂的粘接性和耐热性,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,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。
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环氧树脂及环氧树脂胶粘剂本身,但由于在制备过程中添加了溶剂及其它有毒物,因此不少环氧树脂“有毒”,国内环氧树脂业正通过水性改性、避免添加等途径,保持环氧树脂“”本色。环氧树脂一般和添加物同时使用,以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择,常用添加物有以下几类:(1)固化剂;(2)改性剂;(3)填料;(4)稀释剂;(5)其它。 其中固化剂是的添加物,无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂,否则环氧树脂不能固化。由于用途性能要求各不相同,对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。
操作要求
固化剂的选择
1.固化剂种类:
环氧树脂原材料
2.固化剂的用量
(1)胺类作交联剂时按下式计算:
胺类用量=MG/Hn,式中:M=胺分子量;Hn=含活泼氢数目;G=环氧值(每100克环氧树脂中所含的环氧当量数)
(2)用酸酐类时按下式计算:
酸酐用量=MG(0.6~1)/100式中:M=酸酐分子量;G=环氧值(0.6~1)为实验系数
3. 选择固化剂的原则:固化剂对环氧树脂的性能影响较大,一般按下列几点选择。
(1)从安全上选择:一般要求毒性小的为好,便于安全生产。
(2)从成本上选择。
改性剂的选择
(1)聚硫橡胶:可提高冲击强度和抗剥性能。
(2)聚酰胺树脂:可改善脆性,提高粘接能力。
(3)聚乙烯醇缩丁醛:提高抗冲击鞣性。
(4)丁腈橡胶类:提高抗冲击鞣性。
(5)酚醛树脂类:可改善耐温及耐腐蚀性能。
(6)聚酯树脂:提高抗冲击鞣性。
(7)尿醛三聚氰胺树脂:增加抗化学性能和强度。
(8)糠醛树脂:改进静弯曲性能,提高耐酸性能。
(9)乙烯树脂:提高抗剥性和抗冲强度。
(10)异氰酸酯:降低潮气渗透性和增加抗水性。
(11)硅树脂:提高耐热性。
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典型的聚醚多元醇分子结构式
聚醚多元醇 [2] 是主链含有醚键(—R—O—R—),端基或侧基含有大于2个羟基(—OH)的低聚物。 [3] 是以低分子量多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物为起始剂,与氧化烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。氧化烯烃主要是氧化丙烯(环氧丙烷),氧化乙烯(环氧乙烷),其中以环氧丙烷为重要。多元醇起始剂有丙二醇、乙二醇等二元醇,甘油三羟甲基丙烷等三元醇及季戊、四醇、木糖醇、山梨醇、蔗糖等多元醇;胺类起始剂为二乙胺、二乙烯三胺等。
聚醚一般常用分子量为800~2000的丙二醇聚醚、分子量为400~4000的三羟甲基丙烷聚醚和端羟基的聚四氢呋喃。作为胶黏剂用的聚醚树脂应去掉聚合时残留下来的碱性催化剂,因为它们能催化异氰酸酯二聚,影响胶黏剂的质量。通常用酸来中和,使聚醚呈微弱酸性(不影响聚氨酯的反应)。制备聚氨酯胶黏剂所用的聚醚要求较为严格,除羟值、酸值外,要求含钾、钠离子量应少于10,含水量小于0.05%,否则有可能产生凝胶。用聚醚树脂配制的聚氨酯胶黏剂具有良好的耐水性,抗冲击性和低温性。
根据起始剂所含活性原子的数目可制得不同官能度的聚醚多元醇,在聚氨酯胶黏剂制备中常用的聚醚是聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇,另外还有聚四氢呋喃二醇。
热塑性弹性体压敏胶粘剂
以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共物(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共物(SIS)为代表的热塑性弹性体是制造热熔压敏胶粘剂的主要原料。热熔压敏胶由于不使用溶剂,不会产生环境污染,生产,在当今对节能和消除环境污染的呼声日益增高的社会,此类压敏胶粘剂的重要性也日益提高。
②树脂型压敏胶 这类压敏胶所用的树脂有聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯基醚等。其中聚丙烯酸酯是用得多的,其产量已经超过天然橡胶压敏胶。 [2]
a.丙烯酸酯压敏胶粘剂
由各种丙烯酸酯单体共聚而得的丙烯酸酯共聚物是重要的一类树脂型压敏胶粘剂。与上述橡胶型压敏胶粘剂相比,它们具有很多优点:外观无色透明并有很好的耐候性;一般不必使用增粘树脂、软化剂和防老剂等添加剂就能得到很好的压敏粘接性能,故配方简单;利用共聚和交联可以制得满足各种不同性能要求的压敏胶粘剂来。因此,近20年来,这类压敏胶粘剂发展非常迅速,并已经取代了天然橡胶压敏胶的霸主地位。
b.有机硅及其他树脂型压敏胶粘剂 由有机硅树脂和有机硅橡胶混合组成的压敏胶粘剂,具有的耐高温和耐老化性能,是一类比较重要的特种压敏胶粘剂,它的主要用途是制造各种的压敏胶粘制品。
聚乙烯基醚是发展较早的一类树脂型压敏胶粘剂,但它的重要性已逐渐为丙烯酸酯压敏胶所取代。
此外,乙烯.乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯、聚酯、聚氯乙烯等树脂也能配成各种压敏胶粘剂。
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