雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的合成及特種環(huán)氧樹脂的固化行為與性能分析

洪鯤 余登祥 孫祥

摘? 要：近年來，環(huán)氧樹脂逐漸在各類復(fù)合材料的建造方面得到廣泛的應(yīng)用。本篇文章中，主要介紹了雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的合成工藝以及特種環(huán)氧樹脂的固化行為與其性能方面的探究，使環(huán)氧樹脂可以在工業(yè)中得到更好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：雙酚A型液體環(huán)氧樹脂;特種環(huán)氧樹脂;固化行為

引言：

雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的主要構(gòu)成部分時(shí)雙酚A和氧氯丙烷，兩種物質(zhì)在氫氧化鈉的作用下經(jīng)過一定反應(yīng)合成的。針對(duì)雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的合成方式主要有兩種：一步法與二步法。

一、雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的合成工藝

雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的一步法中又分為了一次加堿與二次加堿。在一步法的合成工藝中，其主要手段是將雙酚基丙烷（BPA）與環(huán)氧氯丙烷（ECH）在氫氧化鈉的作用下進(jìn)行合成，并且針對(duì)同一反應(yīng)條件下，進(jìn)行開環(huán)與閉環(huán)反應(yīng)。對(duì)于目前的雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的合成工藝中，一步法的應(yīng)用最為常見。

第二種是兩步法。兩步法在其內(nèi)部也分為了兩種方式：間歇法與連續(xù)法。兩步法與一步法的不同之處是，將雙酚基丙烷（BPA）與環(huán)氧氯丙烷（ECH）在像季銨鹽催化劑的作用下，第一步產(chǎn)生加成反應(yīng)的中間體，第二步在氫氧化鈉的條件下，進(jìn)行閉環(huán)反應(yīng)，從而生成環(huán)氧樹脂。目前市面上流行的E-51、54環(huán)氧樹脂，就是通過此種方式進(jìn)行的合成^[1]。對(duì)比兩種合成工藝，二步法相對(duì)一步法來說，其反應(yīng)的時(shí)間較短、操作過程中的穩(wěn)定性較高、方便操控者的控制。但是，另一方面來說，二步法又存在著一些問題，比如：針對(duì)后期的處理方式較麻煩、對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量方面也存在著多方面的影響。而一步法的合成工藝則是針對(duì)雙酚A型液體在氫氧化鈉的反應(yīng)下，聚縮而形成的反應(yīng)，雖然反應(yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)，但是其后期的處理方式較容易，更偏向?qū)χ械确肿拥闹圃臁Ｍㄟ^實(shí)驗(yàn)過程的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧氯丙烷與雙酚A的摩爾比例為1∶2，此時(shí)的二環(huán)氧甘油醚產(chǎn)出量不足10%，因此，根據(jù)實(shí)際意義的化學(xué)用量比例，環(huán)氧氯丙烷的準(zhǔn)確數(shù)值應(yīng)在此基礎(chǔ)上提高2-3倍。

二、特種環(huán)氧樹脂的固化行為及其性能探究

（一）特種環(huán)氧樹脂的固化行為模式

特種環(huán)氧樹脂的固化主要以二氨基二苯甲烷（DDM）為固化劑，將環(huán)氧樹脂固化。主要利用差示掃描量熱法（DSC）為研究手段，進(jìn)行固化動(dòng)力學(xué)的研究，以此作為最佳的固化程序研究，將固化時(shí)的樣本，采用攝氏度為100、140、160的溫度進(jìn)行固化，間隔一小時(shí)取樣本，并繪制熱能譜圖，從而直觀地觀察不同的固化溫度條件對(duì)固化反應(yīng)中的物質(zhì)造成的影響。固化反應(yīng)中的固化反應(yīng)力學(xué)，可以針對(duì)多種溫度控制下的熱能高峰溫度進(jìn)行分析，利用多種溫度的升高速率進(jìn)行分析估計(jì)。在升溫速率的預(yù)估中，Kissinger曾提出利用反應(yīng)過程中的最大反應(yīng)速率來計(jì)算，這一方式源于對(duì)峰值溫度與升溫時(shí)的速度相關(guān)。此外，還可以采用同等變換的方法，將不同條件下的升溫速率與不同溫度達(dá)到同等的變換頻道。在研究結(jié)果中還可以看出，不同的固化溫度與時(shí)間、分解程度都是不同的。當(dāng)溫度處于100℃的時(shí)候，固化過程中的熱分解溫度也隨之上升，針對(duì)固化的反應(yīng)具有較大的影響。當(dāng)溫度達(dá)到140℃時(shí)，熱分解的溫度明顯高于規(guī)定的溫度，但是上升的較為緩慢，對(duì)固化的反應(yīng)沒有太大的影響。而當(dāng)溫度上升到160℃時(shí)，固化的熱分解溫度明顯下降，不利于固化的過程。

（二）特種環(huán)氧樹脂的性能特點(diǎn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)特種環(huán)氧樹脂的針對(duì)性探究，可以看出特種環(huán)氧樹脂在性能上表現(xiàn)出多方面的特點(diǎn)：力學(xué)性能較高、粘結(jié)性較好、固化的收縮率較小、穩(wěn)定性高。首先，針對(duì)其中的力學(xué)性能方面，上述的固化行為模式中，已經(jīng)指出了針對(duì)環(huán)氧樹脂本身而言，其存在著很強(qiáng)的內(nèi)聚能力，并且其分子的結(jié)構(gòu)較為縝密，其所表現(xiàn)出的力學(xué)性能要高于普通的樹脂材料^[2]。其次，環(huán)氧樹脂中的固化體系中，環(huán)氧基、醚剪、脂鍵等部分都展現(xiàn)出了粘度極高的粘結(jié)強(qiáng)度，將高粘結(jié)強(qiáng)度與其力學(xué)性能中體現(xiàn)出的強(qiáng)性內(nèi)聚力相結(jié)合，其粘結(jié)性能得以總體呈現(xiàn)。在應(yīng)用方面可以成為結(jié)構(gòu)膠的原材料。最后，其固化收縮率在試驗(yàn)中也可以得到明顯的結(jié)論。特種環(huán)氧樹脂所體現(xiàn)的一般熱固性樹脂固化率為1%-2%，是固化收縮率中最小的收縮品種。針對(duì)其他的樹脂而言，酚醛樹脂的收縮率達(dá)到8%-10%，有機(jī)硅樹脂的收縮率為4%-8%。特種環(huán)氧樹脂，在收縮率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，線性的系數(shù)較小，尺寸較小，內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力也相對(duì)較小，在使用過程中，一般不會(huì)出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。此外，特種環(huán)氧樹脂在工藝性、電能性、耐熱性方面都體現(xiàn)出了較強(qiáng)的使用效果，這也使得特種環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍較為廣泛，一般在低溫、室溫、高溫環(huán)境下都可以進(jìn)行使用。特種環(huán)氧樹脂的價(jià)格相對(duì)較高，但其性能方面的綜合質(zhì)量較高，所以在市場(chǎng)中的應(yīng)用也較為廣泛。

結(jié)論：

雙酚A型液體環(huán)氧樹脂的合成手段逐漸被簡(jiǎn)化，特種環(huán)氧樹脂憑借其過硬的質(zhì)量，在市場(chǎng)與企業(yè)中得到了廣泛的運(yùn)用。隨著社會(huì)科技水平的不斷提高，類似特種環(huán)氧樹脂的特殊制作工藝還需要進(jìn)一步被研發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]? 馮興卓，許雙喜等.環(huán)氧樹脂改性聚氨酯材料結(jié)構(gòu)與性能研究[J].特種橡膠制品，2020，41（04）：6-9.

[2]? 劉淵，龍明芬等.富含酰胺鍵的新型環(huán)氧樹脂的制備及其性能研究[J].熱固性樹脂，2019，34（06）：19-24.

作者簡(jiǎn)介：洪鯤（1976年4月）男，江蘇揚(yáng)州，漢族，助理工程師，中專，從事實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)研究與應(yīng)用。