我们日常所述环氧树脂,一般是指双酚A环氧树脂,双酚A环氧树脂(Bisphenol A epoxy resin),也称为E型环氧树脂,是一种由双酚A(Bisphenol A,简称BPA)和环氧氯丙烷(epichlorohydrin)通过缩合反应合成的高分子化合物。它具有以下结构和性能特点:
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分子结构:双酚A环氧树脂的大分子结构两端是反应能力很强的环氧基,分子主链上有许多醚键,是一种线型聚醚结构。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。主链上还有大量苯环、次甲基和异丙基 。
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反应性:环氧基和羟基赋予树脂反应性,使树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力。醚键和羟基是极性基团,有助于提高浸润性和粘附力 。
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柔韧性和刚性:醚键和C-C键使大分子具有柔顺性。苯环赋予聚合物以耐热性和刚性。异丙基也赋予大分子一定的刚性 。
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耐热性:双酚A环氧树脂的耐热性能较好,但比酚醛树脂略差。固化后的环氧树脂结构中,含有稳定的苯环和醚键,能耐有机溶剂和各种化学试剂 。
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耐化学稳定性:未加固化剂的环氧树脂为热塑性的,受热不会固化,其成品一般不含盐、碱,因此不会变质,结构不受破坏。固化后的环氧树脂能耐稀碱,但在强碱及加热情况下容易被碱所分解 。
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收缩性小:环氧树脂与硬化剂的反应是通过直接加成反应来进行的,因此在硬化过程中没有副产物产生,也不会产生气泡,而且收缩率小(约2%),是热固性树脂中收缩性最小的一种 。
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粘接性:环氧树脂分子中含有羟基、醚基和环氧基,它们都是极性结构,不但与被粘物的极性表面有很强的作用力,而且它们与金属氧化物有相容性,有利于相互扩散,所以能获得很高的粘接强度 。
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贮存稳定性:未加固化剂的环氧树脂具有优良的贮存稳定性,若保管得当,可以储存一年以上。
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应用广泛:双酚A环氧树脂广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电器、建筑材料等领域,可以作为结构材料、粘合剂、涂料和成型材料 。
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潜在问题:由于双酚A本身具有内分泌干扰作用,其在环氧树脂中的残留量可能会对人体健康造成影响。在使用双酚A型环氧树脂时,需要采取相应的防护措施,确保人员的安全健康 。
双酚A环氧树脂因其优异的综合性能,在工业和日常生活中得到了广泛的应用。然而,也需要注意其潜在的健康风险,并在生产和使用过程中采取适当的安全措施。
双酚A环氧树脂的固化剂类型多样,每种固化剂都有其特定的反应特点,以下是一些常见的固化剂类型及其反应特点:
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脂肪胺固化剂:这类固化剂活性高,可以在室温下固化环氧树脂。它们通常需要后固化处理,以提高固化物的性能。脂肪胺固化剂的固化速度快,但固化物的热变形温度较低,一般在80-90℃左右,且固化物较为脆弱,挥发性和毒性也相对较大。
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芳香族多元胺:与脂肪胺相比,芳香族多元胺固化剂的固化物具有更好的耐热性和耐化学性,机械强度也较高。但由于其活性较低,通常需要加热固化。芳香族多元胺的氮原子因苯环的影响,电子云密度降低,碱性减弱,位阻效应也较大,因此它们通常是固体,熔点高,工艺性相对较差。
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改性多元胺:通过改性,如环氧化合物加成、迈克尔加成、曼尼斯加成和硫脲-多元胺缩合等,可以改善多元胺固化剂的某些性能,如降低挥发性和毒性,提高与环氧树脂的相容性,改善脆性,以及在低温下固化的能力。
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多元硫醇:这类固化剂类似于羟基,通常需要适当的催化剂来加速固化反应。在催化剂的作用下,多元硫醇的固化速度可以显著提高,尤其是在低温固化时更为明显。
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酸酐类固化剂:酸酐类固化剂通常反应速率较慢,不会产生高交联度的固化物。它们具有低挥发性、低毒性和低刺激性的特点,固化物的收缩率低,耐热性和电性能优良。酸酐类固化剂通常需要加热固化,固化时间较长。
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咪唑类:咪唑类化合物是一种有效的固化剂,可以在中温下固化环氧树脂,提供较长的适用期和较高的热变形温度。
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叔胺类:叔胺类固化剂通常用作阴离子催化剂,可以加速环氧树脂的固化速率,但放热量大,适用期短。
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路易斯酸:如BF3,作为阳离子催化剂,具有高反应活性,通常与胺类或醚类络合物一起使用,以提高环氧树脂的固化效果。
固化剂的选择取决于所需的固化物性能、固化条件以及应用环境。不同的固化剂可以提供不同的机械性能、耐热性、耐化学性和工艺性能。在实际应用中,可能需要通过实验来确定最佳的固化剂类型和用量。