酚氧樹脂的性能及在我國的應(yīng)用情況

鄧燕

北京中紡化工股份有限公司 北京 100176

1 概述

酚氧樹脂（phenoxy resin) ，又稱苯氧樹脂，是由雙酚A與環(huán)氧氯丙烷在堿性溶液中縮聚而成的一種結(jié)構(gòu)上非常類似于環(huán)氧樹脂的線性熱塑性高分子聚羥基醚[1]。由于結(jié)構(gòu)上不含環(huán)氧基團(tuán)，即使跟交聯(lián)劑反應(yīng)也仍然保持線性結(jié)構(gòu)，而不會像環(huán)氧樹脂那樣固化形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此其是一種抗沖擊強度高的堅韌熱塑性材料，可以用作熱固性材料的增韌改性。

酚氧樹脂1963年由美國聯(lián)碳化合物公司（UCC）發(fā)明并申請專利發(fā)展至今已有近半個世紀(jì)的歷史[2]，我國曾經(jīng)在上世紀(jì)60年代中期在廣州化工研究院與鎮(zhèn)江樹脂廠等地進(jìn)行過酚氧樹脂的研制，其中廣州化工研究院在廣州東風(fēng)化工廠進(jìn)行過產(chǎn)業(yè)化大生產(chǎn)，當(dāng)時產(chǎn)品主要是應(yīng)用于印刷板、磁帶及造船工業(yè)防銹漆等粘合劑[3]，但其應(yīng)用沒有得到廣泛推廣。我國當(dāng)時開發(fā)的酚氧樹脂嚴(yán)格意義上來說更多算是大分子量的環(huán)氧樹脂，還不是真正意義上的酚氧樹脂。目前國際上能進(jìn)行酚氧樹脂工業(yè)化大生產(chǎn)的只有美國與日本等為數(shù)不多的幾家公司，其他都是這些公司的代理公司或分銷商。

筆者曾就酚氧樹脂在我國的使用情況進(jìn)行了一段時間的調(diào)研，走訪了一些行業(yè)協(xié)會、專家學(xué)者以及生產(chǎn)企業(yè)，對酚氧樹脂在我國的應(yīng)用情況有了一定了解。希望本文能對酚氧樹脂在國內(nèi)今后特殊領(lǐng)域高性能粘合劑的推廣使用中起到一些促進(jìn)作用。

2 酚氧樹脂與環(huán)氧樹脂的對比

2.1 兩者結(jié)構(gòu)對比

酚氧樹脂與環(huán)氧樹脂都是由雙酚A與環(huán)氧氯丙烷縮聚而成，但由于合成工藝控制條件不一樣，兩者結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別，使得一個為熱塑性材料，另一個為熱固性材料[4]。從圖1中可以看出兩者結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別有：

表1 酚氧樹脂典型物理性能

圖1 酚氧樹脂與環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)對比

（1）酚氧樹脂是線性結(jié)構(gòu)，即使與交聯(lián)劑反應(yīng)也仍然保持線性結(jié)構(gòu)，是熱塑性材料；而環(huán)氧樹脂有支鏈，與交聯(lián)劑反應(yīng)會形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是熱固性材料。

（2）酚氧樹脂聚合度要大很多，聚合度一般在40～60，分子量為2.5萬～5.5萬；而環(huán)氧樹脂聚合度只有12～25，分子量為 340～4000[5]。

（3）酚氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中不含環(huán)氧基團(tuán)，但有很多仲羥基，很容易與氨基、酰基、異氰酸根等進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。

2.2 兩者沖擊強度對比

酚氧樹脂是一種高分子量的熱塑性材料，具有極好的抗沖擊性。從圖2中可以看出酚氧樹脂抗沖擊強度要比環(huán)氧樹脂高幾倍，因此可以用作環(huán)氧樹脂的增韌劑。

2.3 酚氧樹脂對環(huán)氧樹脂的增韌

從圖3中可知，酚氧樹脂的加入對環(huán)氧的沖擊強度提高特別明顯，當(dāng)加入20%的酚氧樹脂時，環(huán)氧樹脂的抗沖擊強度可提高好幾倍，但再繼續(xù)增加對抗沖擊強度提高并不明顯，考慮到成本因素，一般添加量為5%～10%就可明顯提高環(huán)氧樹脂的抗沖擊強度[6]。

3 酚氧樹脂的性能指標(biāo)

材料結(jié)構(gòu)決定材料性能。酚氧樹脂的結(jié)構(gòu)決定了其獨特的性能特點：

（1）優(yōu)良的韌性，可作其他熱固性材料的增韌改性劑[7]。

（2）具有活潑羥基結(jié)構(gòu)，作用于各種基材如金屬、玻璃、塑料、木材、紡織面料等，具有優(yōu)良的粘接牢度。其典型物性指標(biāo)見表1。

（3）具有極好的氣體阻隔性，與其他高分子包裝材料透氣率對比情況見表2。從表2中可以看出，與其他常規(guī)高分子包裝材料相比，酚氧樹脂的氣體透過率要低很多，而且其已通過美國的食品安全認(rèn)證US FDA，可用于食品包裝，比如用于罐裝食品罐內(nèi)涂層。

4 酚氧樹脂的主要應(yīng)用領(lǐng)域

由于酚氧樹脂的性能特點，其可用作環(huán)氧樹脂的增韌改性，凡是使用環(huán)氧樹脂需要提高韌性的地方、涂層中需要提高粘接牢度的地方都可以使用。常用的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：

（1）金屬表面涂層：比如卷鋼板涂層、易拉罐涂層、金屬罐壁涂層、信用卡磁卡涂層、漆包線涂層等。

（2）復(fù)合材料：碳纖復(fù)合材料、玻璃鋼預(yù)浸料、紡織面料的貼合、覆銅板及印刷線路板等。

（3）防腐涂料：可以加入環(huán)氧樹脂等防腐涂料，大大提高與基材的粘接牢度。

圖2 酚氧樹脂與環(huán)氧樹脂抗沖擊強度對比

圖3 酚氧樹脂對環(huán)氧樹脂增韌情況

（4）食品包裝材料涂層：食品易拉罐、包裝薄膜涂層等。

5 酚氧樹脂在我國應(yīng)用情況

目前國內(nèi)使用的酚氧樹脂以進(jìn)口為主，價格較高，一般是環(huán)氧樹脂的3～4倍，由于其價格較高，常規(guī)環(huán)氧樹脂產(chǎn)品中很少采用添加酚氧樹脂來增韌，主要在生產(chǎn)覆銅板領(lǐng)域中使用，特別是在金屬基柔性覆銅板中，用其來提高鋁基、鐵基、銅基等金屬基與樹脂的粘接牢度[8]。近年來隨著LED產(chǎn)業(yè)及市場的迅速發(fā)展擴大，作為LED電氣互連及散熱用基板的主要材料，金屬基覆銅板已成為當(dāng)前我國覆銅板產(chǎn)品中最熱門的品種。隨著金屬基覆銅板的迅猛發(fā)展，必將給酚氧樹脂的推廣應(yīng)用提供一個較好的發(fā)展機遇。

在卷鋼板、工廠屋頂防腐涂料、汽車底漆涂層方面，酚氧樹脂也有一些應(yīng)用，但量不是很大，只有一些對涂層韌性與粘接牢度要求高的產(chǎn)品才會采用。

在高端復(fù)合材料領(lǐng)域，比如碳纖維復(fù)合材料，酚氧樹脂可提高碳纖維復(fù)材的韌性，但應(yīng)用不是很普遍。主要因為酚氧樹脂玻璃化溫度不是很高（一般在83℃～92℃），而很多碳纖維復(fù)合材料加工溫度都較高，酚氧樹脂在碳纖維復(fù)合材料的高溫加工工藝中要進(jìn)行一定的改性處理，工藝比較復(fù)雜，因此其在高端復(fù)合材料中的應(yīng)用受到一定限制。

除了價格高因素外，酚氧樹脂應(yīng)用技術(shù)的配套開發(fā)跟不上也是制約其在國內(nèi)大量應(yīng)用的一個重要因素。但隨著人們對酚氧樹脂認(rèn)識的加深以及國內(nèi)自主開發(fā)能力的提高，相信其在我國的應(yīng)用會得到長足發(fā)展。