双酚A型环氧树脂胶粘剂的合成及配制

双酚A型环氧树脂胶粘剂的合成及配制

段国红赵玉英王二兵

( 太原科技大学化学与生物工程学院，山西太原 030021) 摘要以苯酚与丙酮为原料，以硫酸为催化剂，在助催化剂甲苯的作用下合成了 2，2 －二羟苯基丙烷，即双酚 A。研究了硫酸的滴加速度、助催化剂甲苯的用量、反应温度、反应时间对双酚 A 收率的影响，并得出最佳的反应条件为:硫酸约每 min 13 滴，甲苯与苯酚质量比为1∶ 4，反应时间为 2 h，反应温度为 35℃。收率为 22． 78%。双酚 A 的熔点为154 ～ 158℃。通过对所得产品的红外光谱与双酚 A 的标准红外光谱对比，可以基本证明所合成的产物就是双酚 A。利用所合成的双酚 A 与环氧氯丙烷反应，采用一步法合成路线，制备了双酚 A 型环氧树脂，合成过程中对双酚 A 与环氧氯丙烷的配比、碱的用量和反应温度等因素对其环氧值的影响进行了分析讨论。所制备的环氧树脂的环氧值为 0．475，配制的胶粘剂的室温固化时间为 3 h。在外力作用下，两铝片粘结的固化时间为 2． 0 h，无外力作用时，两铝片粘结的固化时间为 2． 5 h。对玻璃与铜电极进行粘结的室温固化时间为 3． 5 h，玻璃与铝电极粘结的固化时间为3． 5 h。

关键词双酚 A 环氧树脂胶粘剂

环氧树脂胶粘剂又称环氧胶粘剂，简称环氧胶。自 20 世纪 50 年代开始应用以来，发展迅速，已经众所周知，几乎无所不粘，一直受宠不衰，是性能较为全面、应用相对广泛的一类胶粘剂，素有“万能胶”和“大力胶”之美称。

在合成胶粘剂中环氧胶粘剂具有粘结力大、粘结强度高、固化收缩小、电性能优良、尺寸稳定好、抗蠕变性能强、耐化学介质、毒害性很低，无环境污染等优点。对金属、木材、塑料、玻璃、陶瓷、复合材料、混凝土、橡胶、织物等多种材料都具有良好的粘结能力。除了粘结性能之外，还有密封、堵漏、绝缘、防松、防腐粘涂、耐磨、导电、导磁、导热、固定、加固修补、装饰等作用。因此在航空、机械、石油、轻工、水力、化工、冶金、农机、铁路、医疗器械、工艺美术、文物修复、文体用品、日常生活等诸多领域都得到了极为广泛和非常成功的应用［1］。

1 实验部分

1． 1 实验主要试剂

苯酚( 化学纯) ，双酚 A，丙酮，甲苯，苯，98% 硫酸，环氧氯丙烷，氢氧化钠，乙二胺，邻苯二甲酸二丁酯，碳酸钙，酚酞指示剂，试剂均为分析纯。

1． 2 实验设备及仪器

MH － 250 调温型电热套( 北京科伟永兴仪器有限公司) ，XKJ －1 增力电动搅拌器( 姜堰市新康医疗器械有限公司) ，78 －1 磁力加热搅拌器( 苏州威尔实验用品有限公司) ，SGW X －4 显微熔点仪( 上海精密科学仪器有限公司) ，JM628 便携式数字温度计( 天津今明仪器有限公司) ，S． C． 202 型电热恒温干燥箱( 浙江省嘉兴县新胜电热仪器厂制造) ，MB － 104 型傅里叶变换红外光谱仪( 天津港东科技发展股份有限公司) 。

1． 3 双酚 A 的合成［2 ～7］

将 30 g 苯酚加入三口烧瓶中，用 8 mL 甲苯将其溶解，在不断搅拌下，加入 12 mL 丙酮。当其全部溶解后，温度达到 15℃时，匀速搅拌下，开始逐滴加入浓硫酸 18 mL。保持反应混和物的温度在 35℃。溶液颜色由无色透明转为橘红色，逐渐变粘，搅拌持续2 h。

将上述液体以细流状倾入150 mL 冰水中并充分搅拌，则溶液中出现黄色的小颗粒状物，静置。待溶液充分冷却后经减压过滤，将滤饼用水洗涤至呈中性，压紧抽干，再用滤纸

进一步压干，然后进行烘干。粗产品先于 50 ～60℃烘干 4 h，然后再在 100 ～110℃烘干 4 h。粗产品用甲苯作进行重结晶，每 g 粗产品约需要8 ～10 mL 甲苯。产品先于50 ～60℃烘干4 h，然后再于 100 ～ 110℃烘干 4 h。测定产物的熔点及红外光谱。

1． 4 双酚 A 型环氧树脂的合成［8 ～16］

将 22 g 双酚 A，28 g 环氧氯丙烷加入装有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝管及温度计的三口烧瓶中，搅拌并加热至 70℃，使双酚 A 全部溶解; 称取 8 g 氢氧化钠溶解在 20 mL 水中，倾入 60 mL 滴液漏斗中，慢慢滴加氢氧化钠溶液至三口烧瓶中，保持反应液温度在 70℃左右; 在 75 ～80℃继续反应 1． 5 ～2． 0 h，可观察到反应混和物呈乳黄色; 向反应瓶中加入30 mL 蒸馏水和60 mL 苯，充分搅拌，倒入分液漏斗，静止分层后，分去水层; 油层用蒸馏水洗涤数次，直至分出的水相中呈中性无氯离子; 先常压蒸馏，除去苯; 然后减压蒸馏，除去苯、水及未反应的环氧氯丙烷。得到淡黄色透明粘稠液。

1． 5 环氧树脂胶粘剂的配制与固化

本实验制得的是低相对分子质量的环氧树脂。按以下配方配制胶粘剂: 环氧树脂( 本实验产品) 10g，轻质碳酸钙( 填料) 6 g，邻苯二甲酸二丁酯( 增塑剂) 0． 86 mL，乙二胺( 固化剂) 0． 75 g，先将树脂与增塑剂混和均匀，然后加入填料混匀，最后加入固化剂，混匀后就可进行涂胶了。取少量胶粘剂分别涂于两片铝片、玻璃与铜电极、玻璃与铝电极上，胶层要薄而均匀，放置在室温下，测定其固化时间。

2 结果与讨论

2． 1 双酚 A 的合成

2． 1． 1 反应温度对收率的影响

由图 1 可知，反应温度应控制在 35℃为宜，反应温度过低，则反应速度过慢，会影响产率的提高。若温度过高，则会发生磺化反应等副反应，也会降低产量。

2． 1． 2 硫酸的滴加速度对收率的影响

由图 2 可知，硫酸的滴加速度应当缓慢而且均匀，若滴加过快，由于局部反应过于激烈，会使产品的色泽加深，会影响产率。但也不宜太慢，否则起不到催化作用。

2． 1． 3 助催化剂甲苯的用量对收率的影响

由图 3 可知，该反应用甲苯作为助催化剂，甲苯的用量与关键组分的量约在1∶ 4之间，若反应中加入的甲苯量过多，则在后续的洗涤的过程中难以处理且影响收率，若加入的量过少，也会影响收率。

2． 2 双酚 A 的定性与定量分析