第六章环氧树脂
合集下载
环氧树脂的固化及应用ppt课件
环氧树脂简介
环氧树脂是指分子中含有两个或两 个以上环氧基团的那一类有机高分 子链的末端、中间、或成环状结构。 由于分子结构中含有活泼的环氧基 团，使它们与多种类型的固化剂发 生交联反应而成不溶、不熔的具有 三向网状结构的高聚物。
•力学性能高 •附着力强 •固化收缩率小 •工艺性好 •优良的电绝缘性 •稳定性好 •环氧固化物的耐热性一般为80～100℃
• • • • •
环氧树脂的分类
脂线缩缩缩 环型水水水 族脂甘甘甘 类肪油油油 环族胺酯醚 氧类类类类 树环环环环 脂氧氧氧氧
树树树树 脂脂脂脂
环氧树脂固化原理
• 多元胺的固化原理 • 多元酸固化原理 • 碱性固化剂
环
其剂
氧
本（ 身催 环
树
相化 氧 当剂 树
脂
稳） 脂 定或 在
固
有无 害固
化 原 理
影响环氧树脂固化的因素
环氧树脂的结构
• 环氧树脂(含环氧酯)由于分子结构 差异，在与活泼氢化合物、含质子 给予体化合物、合成树脂以及引发 剂等进行固化反应时具有不同的活 性。环氧树脂含有吸电子基团时， 会增加路易斯碱(亲核试剂)固化剂 的反应速度、降低与路易斯酸（亲 电试剂）固化剂的反应速度；环氧 树脂分子中含有给电子基团时，会 增加与路易斯酸固化剂的得反应速 度，降低与路易斯碱固化剂的反应 速度
杂化 质剂 存， 在固 时化
，进
多元胺的固化原理
多元酸固化原理
• 无促进剂存在时
•叔胺进攻酸酐生成羧酸盐阴离子：
•羧酸盐阴离子和环氧基反应生成氧阴离子：
• 生成的仲羟基再和另一个环氧基反应
•氧阴离子与另一个酸酐进行反应再生成羧酸盐阴离子：
环氧树脂的固化剂
环氧树脂
6
中国研制环氧树脂始于1956年，在沈阳、上海两地首先 获得了成功。1958年上海、无锡开始了工业化生产。20世纪 60年代中期开始研究一些新型的脂环族环氧：酚醛环氧树脂、 聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧 树脂等，到70年代末期中国已形成了从单体、树脂、辅助材 料，从科研、生产到应用的完整的工业体系。近年来我国环 氧树脂开发和应用研究发展迅速，产量不断增加，质量不断 提高，新品种不断涌现。
19
ห้องสมุดไป่ตู้
双酚A型环氧树脂，目前应用最广，其分子中的双酚A骨架提 供强韧性和耐热性，亚甲基链赋予柔软性，醚键赋予耐化学 药品性，羟基赋予反应性和粘接性。
双酚F型环氧树脂与双酚A型环氧树脂性质相似，只不过其黏 度比双酚A型环氧树脂低得多，适合作无溶剂涂料。
双酚S型环氧树脂也与双酚型A型环氧树脂相似，其黏度比双 酚A型环氧树脂略高，其最大的特点是固化物具有比双酚A型 环氧树脂固化物更高的热变型温度和更好的耐热性能。
14
② 环氧化烯烃类
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2
O
O
③ 新型环氧树脂
OO O NRN O
OO
此外，还有混合型环氧树脂，即分子结构中同时具有两 种不同类型环氧基的化合物。
15
二、按官能团的数量分类
按分子中官能团的数量，环氧树脂可分为双官能团环氧
树脂和多官能团环氧树脂。对反应性树脂而言，官能团数的
O
O
O
O
O
O
CH2
CH2 n
10
脂肪族缩水甘油醚树脂：
O CH2 CH CH2 O CH2
O CH2 CH CH2 O CH
O CH2 CH CH2 O CH2
中国研制环氧树脂始于1956年，在沈阳、上海两地首先 获得了成功。1958年上海、无锡开始了工业化生产。20世纪 60年代中期开始研究一些新型的脂环族环氧：酚醛环氧树脂、 聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧 树脂等，到70年代末期中国已形成了从单体、树脂、辅助材 料，从科研、生产到应用的完整的工业体系。近年来我国环 氧树脂开发和应用研究发展迅速，产量不断增加，质量不断 提高，新品种不断涌现。
19
ห้องสมุดไป่ตู้
双酚A型环氧树脂，目前应用最广，其分子中的双酚A骨架提 供强韧性和耐热性，亚甲基链赋予柔软性，醚键赋予耐化学 药品性，羟基赋予反应性和粘接性。
双酚F型环氧树脂与双酚A型环氧树脂性质相似，只不过其黏 度比双酚A型环氧树脂低得多，适合作无溶剂涂料。
双酚S型环氧树脂也与双酚型A型环氧树脂相似，其黏度比双 酚A型环氧树脂略高，其最大的特点是固化物具有比双酚A型 环氧树脂固化物更高的热变型温度和更好的耐热性能。
14
② 环氧化烯烃类
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2
O
O
③ 新型环氧树脂
OO O NRN O
OO
此外，还有混合型环氧树脂，即分子结构中同时具有两 种不同类型环氧基的化合物。
15
二、按官能团的数量分类
按分子中官能团的数量，环氧树脂可分为双官能团环氧
树脂和多官能团环氧树脂。对反应性树脂而言，官能团数的
O
O
O
O
O
O
CH2
CH2 n
10
脂肪族缩水甘油醚树脂：
O CH2 CH CH2 O CH2
O CH2 CH CH2 O CH
O CH2 CH CH2 O CH2
环氧树脂应用课件
可循环利用
通过循环利用技术，实现环氧树脂的再生利用，降低资源消耗和环 境污染。
低碳化
在可持续发展要求下，环氧树脂的低碳化也是未来的重要发展方向 ，如降低生产过程中的碳排放和水资源消耗。
市场发展前景与挑战
市场需求持续增长
随着经济的发展和产业升级，环 氧树脂在建筑、电子、航空航天 等领域的应用需求将持续增长。
复合化
通过与其他材料的复合，环氧树脂可以获得更优异的性能 ，如与碳纤维、玻璃纤维等增强材料的复合，提高其力学 性能和耐久性。
智能化
随着智能材料的发展，环氧树脂有望实现智能化，如温度 、压力等感应和响应性能的引入，使其具有更广泛的应用 前景。
环保与可持续发展要求
绿色化
随着环保意识的提高，环氧树脂的绿色化成为未来的重要发展方 向，如无溶剂型、水性化等环保型环氧树脂的开发。
保持通风良好
在操作过程中，保持工作区域通风良好，以 降低有害气体浓度。
避免儿童接触
将环氧树脂存放在儿童无法触及的地方，避 免误食或误用。
THANKS
感谢观看
固化工艺
固化剂选择
根据环氧树脂的种类和用途选择合适的固化剂，如胺类、酸酐类 、咪唑类等。
固化条件
控制固化温度、时间和压力等工艺参数，确保环氧树脂完全固化。
固化设备
常用的固化设备包括烘箱、压力釜、加热炉等。
CHAPTER
04
环氧树脂的发展趋势与未来展 望
新材料与新技术的发展
高性能化
随着新材料技术的不断发展，环氧树脂的高性能化成为未 来的发展趋势，如高强度、高韧性、耐高温等性能的提升 。
建筑结构加固
01
环氧树脂可以作为加固剂，用于增强混凝土结构的强度和耐久
通过循环利用技术，实现环氧树脂的再生利用，降低资源消耗和环 境污染。
低碳化
在可持续发展要求下，环氧树脂的低碳化也是未来的重要发展方向 ，如降低生产过程中的碳排放和水资源消耗。
市场发展前景与挑战
市场需求持续增长
随着经济的发展和产业升级，环 氧树脂在建筑、电子、航空航天 等领域的应用需求将持续增长。
复合化
通过与其他材料的复合，环氧树脂可以获得更优异的性能 ，如与碳纤维、玻璃纤维等增强材料的复合，提高其力学 性能和耐久性。
智能化
随着智能材料的发展，环氧树脂有望实现智能化，如温度 、压力等感应和响应性能的引入，使其具有更广泛的应用 前景。
环保与可持续发展要求
绿色化
随着环保意识的提高，环氧树脂的绿色化成为未来的重要发展方 向，如无溶剂型、水性化等环保型环氧树脂的开发。
保持通风良好
在操作过程中，保持工作区域通风良好，以 降低有害气体浓度。
避免儿童接触
将环氧树脂存放在儿童无法触及的地方，避 免误食或误用。
THANKS
感谢观看
固化工艺
固化剂选择
根据环氧树脂的种类和用途选择合适的固化剂，如胺类、酸酐类 、咪唑类等。
固化条件
控制固化温度、时间和压力等工艺参数，确保环氧树脂完全固化。
固化设备
常用的固化设备包括烘箱、压力釜、加热炉等。
CHAPTER
04
环氧树脂的发展趋势与未来展 望
新材料与新技术的发展
高性能化
随着新材料技术的不断发展，环氧树脂的高性能化成为未 来的发展趋势，如高强度、高韧性、耐高温等性能的提升 。
建筑结构加固
01
环氧树脂可以作为加固剂，用于增强混凝土结构的强度和耐久
环氧树脂合成工艺
※分步骤
◇环氧氯丙烷的环氧基与双酚A的羟基反应生 成醚键：
◇在NaOH作用下，生成的醚脱去氯化氢再形成环氧基： ◇新生成环氧基再与双酚A的羟基继续反应生成醚键：
◇总的反应式：
▪ 聚合度n=0～19：当n＜2时→琥珀色或淡黄 色低分子量液状的环氧树脂；当n≥2时→高分 子量的固体环氧树脂。工业环氧树脂实际上 是含不同聚合度的分子的混合物。
▪ 工艺流程：
其他环氧树脂的品种
▪ 溴化环氧树脂：耐燃。
▪ 氢化环氧树脂：耐光老化。
例:E-51，环氧值＝0.51，M=100/0.51× 2=392
6.3 环氧树脂的合成工艺
▪ 低分子量双酚A 环氧树脂合成工艺：两步加碱法， 避免环氧氯丙烷的水解。
▪ 例E-44的合成：
投料比： 双酚A
502kg(2.2kmol)
环氧氯丙烷 560kg(6.0kmol)
30%NaOH 711(462+249)kg(5.3kmol)
▪ 环氧基的含量是控制和鉴定环氧树脂质量的主要手 段之一。
▪ 环氧基含量的表示方法通常有三种；
▪ 环氧值——定义为100g环氧树脂中所含环氧基的当 量数，单位为mol/100g。 例：n=0，
M=340，环氧值=2/340×100=0.59(mol/100g). ▪ 环氧当量——定义为含lmol环氧基的环氧树脂的质
量(g)，单位为g/mol。
▪ 环氧基的质量分数——定义为100g环氧树脂中所含 环氧基的质量(g)，单位为％。
▪ 三者的换算关系为：
▪ 环氧当量＝100/环氧值＝43/环氧基的质量分数
▪ 对未支化的、端基为环氧基的双酚A型环氧
树脂，可按环氧基的含量大致估算其平均相 对分子质量。
◇环氧氯丙烷的环氧基与双酚A的羟基反应生 成醚键：
◇在NaOH作用下，生成的醚脱去氯化氢再形成环氧基： ◇新生成环氧基再与双酚A的羟基继续反应生成醚键：
◇总的反应式：
▪ 聚合度n=0～19：当n＜2时→琥珀色或淡黄 色低分子量液状的环氧树脂；当n≥2时→高分 子量的固体环氧树脂。工业环氧树脂实际上 是含不同聚合度的分子的混合物。
▪ 工艺流程：
其他环氧树脂的品种
▪ 溴化环氧树脂：耐燃。
▪ 氢化环氧树脂：耐光老化。
例:E-51，环氧值＝0.51，M=100/0.51× 2=392
6.3 环氧树脂的合成工艺
▪ 低分子量双酚A 环氧树脂合成工艺：两步加碱法， 避免环氧氯丙烷的水解。
▪ 例E-44的合成：
投料比： 双酚A
502kg(2.2kmol)
环氧氯丙烷 560kg(6.0kmol)
30%NaOH 711(462+249)kg(5.3kmol)
▪ 环氧基的含量是控制和鉴定环氧树脂质量的主要手 段之一。
▪ 环氧基含量的表示方法通常有三种；
▪ 环氧值——定义为100g环氧树脂中所含环氧基的当 量数，单位为mol/100g。 例：n=0，
M=340，环氧值=2/340×100=0.59(mol/100g). ▪ 环氧当量——定义为含lmol环氧基的环氧树脂的质
量(g)，单位为g/mol。
▪ 环氧基的质量分数——定义为100g环氧树脂中所含 环氧基的质量(g)，单位为％。
▪ 三者的换算关系为：
▪ 环氧当量＝100/环氧值＝43/环氧基的质量分数
▪ 对未支化的、端基为环氧基的双酚A型环氧
树脂，可按环氧基的含量大致估算其平均相 对分子质量。
环氧树脂基本知识讲解
环氧树脂的未来市场和应用前景
市场前景：随着环氧 树脂性能的不断提升 和成本的降低，其在 建筑、汽车、航空航 天等领域的应用将进 一步扩大，市场前景 广阔。
应用前景
• 电子电器领域：环 氧树脂可用于封装 、绝缘、导电涂层 等方面，随着电子 行业的快速发展， 其需求将持续增长 。
• 新能源领域：环氧 树脂可用于风力发 电机叶片、太阳能 电池板封装等，助 力新能源产业的可 持续发展。
电子电器领域
其他领域
环氧树脂可用于电子元器件的封装、绝缘 和固定，提高电子元器件的可靠性和稳定 性。
环氧树脂还可应用于建筑材料、复合材料 、航空航天材料等多个领域，发挥着重要 作用。
02
环氧树脂的分类和特性
环氧树脂的分类
双酚A型环氧树脂
由双酚A与环氧氯丙烷在碱性条件
下反应制得，是产量最大、应用
最广的品种。
VS
研究手段
科学家们运用先进的实验手段和技术，如 分子设计、纳米技术等，以挖掘环氧树脂 的更大潜力。
环氧树脂的发展趋势
环保化
随着环保意识的提高，低 挥发、无溶剂、水性等环 保型环氧树脂将成为主流 。
高性能化
通过引入新型固化剂、改 性剂等手段，提高环氧树 脂的力学性能、耐热性、 耐腐蚀性等。
功能化
赋予环氧树脂导电、导热 、阻燃等特殊功能，以满 足电子、新能源等高端领 域的需求。
安全防护
在环氧树脂的加工过程中，需要注意防火、防毒等安全防 护措施，避免事故的发生。同时，操作人员需要佩戴合适 的防护用具，确保人身安全。
04
环氧树脂的改性和应用
环氧树脂的改性方法
物理改性
通过添加填料、增韧剂等物理手段，改善环氧树脂的力学性 能、热稳定性等。这种方法简单易行，但效果相对有限。
环氧树脂 PPT
粉末分散于树脂中，它在高温下可很快固化环氧树脂。 ②湿固化体系 胺和酮生成亚胺，它在水的作用下可分解出胺。如丁酮与
胺的反应生成丁酮亚胺，它和环氧树脂配合在密封条件下是 稳定的，但涂布后，漆膜吸收空气中的H2O，于是有胺生成， 并和环氧基反应，形成交联结构：
2
配方中的几个问题 （1）泛白
原因：用双组份胺固化体系时，经常由于胺吸收空气中的 CO2，生成无反应性的胺的碳酸盐，在表面上形成白霜。
解决方法：预先将胺和环氧树脂混合放置1h后再用，使其 部分发生反应，消除伯胺，这样可以降低胺的吸水性。
(2)溶剂的选择 环氧树脂的溶剂一般是醇和芳烃或酮和芳烃的混合溶液，应注
意配方中要尽量避免用醇，特别是伯醇做溶剂，因他们在室温下 可缓慢的和环氧树脂发生反应：
溶剂中的水也可和环氧基反应：
（3）颜料 由于二氧化钛表面上常吸有水并有酸性，环氧基易发生反应，
酸酐受叔胺影响而开环
酸酐类与胺类固化剂性能比较
环氧树 脂改性
改性是使环氧树脂(EP)成为合成树脂中性能最优的重要渠道， 因为环氧树脂虽然拥有优异的粘绔性能和良好的机械性能等而 被广泛应用，但耐热性较差、脆性大等限制了其在高性能领域 的应用，这就需要对其进行改性。最近研究人员在PI/EP共聚 (混)方面，进一步取得了有效改善环氧树脂韧性的新效果。
胺固化体系的环氧树脂的组成对其性质的影响
环氧树脂的影响
当相对分子质量增加时，固化体系中溶剂量需增加， 固含量减少；由于环氧基含量减小，交联密度减小，柔顺 性增加，但固化速度慢，使用寿命长。
使用脂肪族环氧化合物，固化比BPA树脂慢，操作寿命 长，但用氢化双酚A树脂，它的交联固化速度与BPA树脂几 乎相同，这是因为决定固化速度的另一因素是玻璃化温度， 氢化BPA树脂玻璃化温度低，所以反应速度增加。
胺的反应生成丁酮亚胺，它和环氧树脂配合在密封条件下是 稳定的，但涂布后，漆膜吸收空气中的H2O，于是有胺生成， 并和环氧基反应，形成交联结构：
2
配方中的几个问题 （1）泛白
原因：用双组份胺固化体系时，经常由于胺吸收空气中的 CO2，生成无反应性的胺的碳酸盐，在表面上形成白霜。
解决方法：预先将胺和环氧树脂混合放置1h后再用，使其 部分发生反应，消除伯胺，这样可以降低胺的吸水性。
(2)溶剂的选择 环氧树脂的溶剂一般是醇和芳烃或酮和芳烃的混合溶液，应注
意配方中要尽量避免用醇，特别是伯醇做溶剂，因他们在室温下 可缓慢的和环氧树脂发生反应：
溶剂中的水也可和环氧基反应：
（3）颜料 由于二氧化钛表面上常吸有水并有酸性，环氧基易发生反应，
酸酐受叔胺影响而开环
酸酐类与胺类固化剂性能比较
环氧树 脂改性
改性是使环氧树脂(EP)成为合成树脂中性能最优的重要渠道， 因为环氧树脂虽然拥有优异的粘绔性能和良好的机械性能等而 被广泛应用，但耐热性较差、脆性大等限制了其在高性能领域 的应用，这就需要对其进行改性。最近研究人员在PI/EP共聚 (混)方面，进一步取得了有效改善环氧树脂韧性的新效果。
胺固化体系的环氧树脂的组成对其性质的影响
环氧树脂的影响
当相对分子质量增加时，固化体系中溶剂量需增加， 固含量减少；由于环氧基含量减小，交联密度减小，柔顺 性增加，但固化速度慢，使用寿命长。
使用脂肪族环氧化合物，固化比BPA树脂慢，操作寿命 长，但用氢化双酚A树脂，它的交联固化速度与BPA树脂几 乎相同，这是因为决定固化速度的另一因素是玻璃化温度， 氢化BPA树脂玻璃化温度低，所以反应速度增加。
环氧树脂PPTPPT课件
第6页/共42页
二.发展简史
为了应对以上问题，我国开始调整环氧树脂产业结构，采取了以下措施：
①优化产业结构，向特种化、规模化方向发展，研发高端产品。同时， 引进先进的生产装置和技术，改良配方。
②众所周知，中分子质量固体环氧树脂为优良品种，具有无公害特点。 所以我国改进工艺，重点发展此树脂。
③我国环氧树脂企业存在比较分散、规模小、效率低等缺点，我国可以 加强中小企业的合作，分工协作，走“精”、“专”路线，提高效益。
（2）固态双酚A型环氧树脂的合成方法大致采用两种：一步法和两步法。
第18页/共42页
四 环氧树脂的合成
一步法工艺是双酚A和环氧氯丙烷在NaOH作用下进行缩聚反应，用于
制造中等分子量固态环氧树脂。该工艺合成时，反应是在水中呈乳状液进行的， 在制备高分子量树脂时后处理较困难。制得的树脂分子量分布较宽，有机氯含 量高，不易得到环氧值高、软化点也高的产品，不符合粉末涂料的要求。
两步法工艺是将低分子量液态环氧树脂和双酚A加热溶解后，在高温
或者催化剂作用下进行加成反应，不断扩链，最后形成高分子量的固态环氧树 脂。该法合成时，反应呈均相进行，链增长反应较平稳，因而制得的树脂分子 量分布较窄，有机氯含量较低，环氧值和软化点可通过配比和反应温度来控制 和调节，具有工艺简单、操作方便、无三废、产品质量易控制等优点。
使用环境的差异限制了材料的广泛使用，同样固化剂的选择也需要随使 用环境及材料所预期的性能的不同而异。例如，外墙涂层要求材料具有较好 的耐候性，同时也限制了高温固化类固化剂的应用。
第25页/共42页
六 环氧树脂的基本性能
环氧树脂的种类众多，性能也各有差异，但是一般来说，环氧树脂的特征 结构使其具有以下基本性能：
80年代开发了复合胺、酚醛结构的新型多官能团环氧树脂以满足复合材 料工业需要。最近又开发了水性环氧树脂和稠环耐温耐湿环氧树脂。由于环 氧树脂品种的增加和应用技术的开发，环氧树脂在电气绝缘、防腐涂料、金 属结构粘接等领域的应用有了突破。目前它的品种、应用开发仍很活跃，从 1960年以来，已有数百种环氧树脂完成工业化开发，已有40～50种不同结构 的环氧可商品化制造或由中间试验厂提供，同时与之相适用的100多种工业化 固化剂和许许多多的改性剂和稀释剂与之配套，正谓方兴未艾。
二.发展简史
为了应对以上问题，我国开始调整环氧树脂产业结构，采取了以下措施：
①优化产业结构，向特种化、规模化方向发展，研发高端产品。同时， 引进先进的生产装置和技术，改良配方。
②众所周知，中分子质量固体环氧树脂为优良品种，具有无公害特点。 所以我国改进工艺，重点发展此树脂。
③我国环氧树脂企业存在比较分散、规模小、效率低等缺点，我国可以 加强中小企业的合作，分工协作，走“精”、“专”路线，提高效益。
（2）固态双酚A型环氧树脂的合成方法大致采用两种：一步法和两步法。
第18页/共42页
四 环氧树脂的合成
一步法工艺是双酚A和环氧氯丙烷在NaOH作用下进行缩聚反应，用于
制造中等分子量固态环氧树脂。该工艺合成时，反应是在水中呈乳状液进行的， 在制备高分子量树脂时后处理较困难。制得的树脂分子量分布较宽，有机氯含 量高，不易得到环氧值高、软化点也高的产品，不符合粉末涂料的要求。
两步法工艺是将低分子量液态环氧树脂和双酚A加热溶解后，在高温
或者催化剂作用下进行加成反应，不断扩链，最后形成高分子量的固态环氧树 脂。该法合成时，反应呈均相进行，链增长反应较平稳，因而制得的树脂分子 量分布较窄，有机氯含量较低，环氧值和软化点可通过配比和反应温度来控制 和调节，具有工艺简单、操作方便、无三废、产品质量易控制等优点。
使用环境的差异限制了材料的广泛使用，同样固化剂的选择也需要随使 用环境及材料所预期的性能的不同而异。例如，外墙涂层要求材料具有较好 的耐候性，同时也限制了高温固化类固化剂的应用。
第25页/共42页
六 环氧树脂的基本性能
环氧树脂的种类众多，性能也各有差异，但是一般来说，环氧树脂的特征 结构使其具有以下基本性能：
80年代开发了复合胺、酚醛结构的新型多官能团环氧树脂以满足复合材 料工业需要。最近又开发了水性环氧树脂和稠环耐温耐湿环氧树脂。由于环 氧树脂品种的增加和应用技术的开发，环氧树脂在电气绝缘、防腐涂料、金 属结构粘接等领域的应用有了突破。目前它的品种、应用开发仍很活跃，从 1960年以来，已有数百种环氧树脂完成工业化开发，已有40～50种不同结构 的环氧可商品化制造或由中间试验厂提供，同时与之相适用的100多种工业化 固化剂和许许多多的改性剂和稀释剂与之配套，正谓方兴未艾。
介绍环氧树脂的基本定义和组成结构
环氧树脂是一种重要的高分子材料，具有优异的机械性能、耐化学腐蚀性和耐热性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、汽车、船舶等领域。
它是由环氧基团和活性氢原子参与的开环聚合反应而得到的树脂，具有多种类型、广泛的用途和深厚的研究基础。
一、环氧树脂的基本定义1.1 环氧树脂的定义环氧树脂是一类含有环氧基团的预聚合物或聚合物。
树脂分子中含有两个以上环氧基团，称为环氧树脂。
1.2 环氧树脂的特性环氧树脂具有良好的绝缘性、机械性能和耐化学腐蚀性，可在常温下固化成具有较高强度和良好耐久性的固体材料。
二、环氧树脂的组成结构2.1 环氧树脂的分子结构环氧树脂分子主要由环氧基团和其他基团构成，其中环氧基团是其特征基团。
树脂分子中含有两个以上环氧基团。
2.2 环氧树脂的聚合物结构环氧树脂通过环氧基团的开环聚合反应，形成线性或网状聚合物结构，具有较好的可加工性和成型性。
在写作过程中，我还发现了一些有趣的观点。
环氧树脂的分子结构对其性能有着重要影响。
环氧树脂具有可塑性强、粘接性好等特点，这使得它在工业领域有着广泛的应用。
另外，环氧树脂的固化过程也很值得研究，它可以通过控制成型温度和时间来调节固化度和终固性能。
在总结和回顾这篇文章时，我深刻地意识到环氧树脂作为一种重要的高分子材料，在现代工业生产中扮演着不可或缺的角色。
它的基本定义、组成结构和特性对其应用和开发具有重要指导意义。
在未来的研究中，我们还可以进一步探讨环氧树脂的合成方法、改性技术和应用前景，以推动这一领域的发展。
通过深入分析和研究环氧树脂的基本定义和组成结构，我们可以更好地理解这一重要材料的特性和应用，并为其在工业生产中的进一步应用和发展提供更多的思路和支持。
写手注：文章完结，共计3867字。
环氧树脂在工业领域的广泛应用主要得益于其优异的特性和多样的组成结构。
具体来说，环氧树脂具有以下几个方面的特点：环氧树脂具有优异的机械性能。
其高强度和刚度使得它在航空航天、汽车、船舶等领域中得到广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 环氧树脂 Epoxy resin
一、概述
1、树脂分类 、 (1)、缩水甘油类 、 此类大多与环氧氯丙烷反应。 此类大多与环氧氯丙烷反应。
H2C O
CH
CH2
Cl
目前使用的大多为缩水甘油醚类： 目前使用的大多为缩水甘油醚类：
H2C O
CH
CH2
O
n
(2)缩水甘油酯类 缩水甘油酯类 如异氰尿酸三缩水甘油酯
5、线型环氧树脂的合成 、 配比： 配比： 双酚A 双酚 环氧氯丙烷 乙醇(95%) 乙醇 氢氧化钠(20%) 氢氧化钠 苯酚 甲苯：丁醇=2： 甲苯：丁醇 ：1 环已酮
11.414 4.626 13.5 a、10.0 、 b、1.5 、 0.46 40.0 5.0
工艺： 工艺： a. 双酚 、环氧氯丙烷溶于乙醇中，滴加第一份氢 双酚A、环氧氯丙烷溶于乙醇中， 氧化钠，室温反应12小时 小时。 氧化钠，室温反应 小时。 b. 加第二份氢氧化钠，80°C回流反应半小时。 加第二份氢氧化钠， ° 回流反应半小时 回流反应半小时。 c. 加溶剂 加溶剂5kg，隔半小时加 溶剂。 ，隔半小时加2.5kg溶剂。共3次。回 溶剂 次 小时。 流4小时。 小时
R CH OH CH2
'
R
N
(3)环氧基与叔胺的反应 环氧基与叔胺的反应
n
HC O
CH2
R3N
CH O
CH 2
n
(4)环氧基与酚类的反应 环氧基与酚类的反应
HC O
CH2
+
HO
O
CH2
CH OH
(5)环氧基与羧基反应 环氧基与羧基反应
O HC O O CH OH CH2 O C R CH2
+ R
2、诺伏勒克环氧树脂 、
O CH2 O CH2 O
O CH2 O
O
CH2
CH2 n
五、环氧固化剂 1、脂肪族多胺固化剂 、
乙二胺 三乙烯四胺 NH2 四乙烯五胺 已二胺
NH2
(CH 2)2
(CH 2)2 NH
NH
NH 2
(CH 2)2
NH
二乙烯三胺 NH2
NH 2
(CH 2)2 NH 2
(CH 2)2
工艺： 工艺： a. 双酚 与NaOH在溶解釜中于 °C溶解。 双酚A与 在溶解釜中于70 溶解。 在溶解釜中于 溶解 b. 过滤入反应釜，47 °C时一次加入环氧氯丙 过滤入反应釜， 时一次加入环氧氯丙 烷， 升温至80 C， C反应 小时， 反应1小时 升温至80 °C，在80-85 °C反应1小时，85-95 °C 至软化点合格。 至软化点合格。 c. 加水降温，洗涤至中性无盐。 加水降温，洗涤至中性无盐。 d. 先常压脱水至 先常压脱水至115 °C ，后减压脱水。 后减压脱水。
C
OH
(6)羟基的反应 羟基的反应 环氧树脂中含有羟基，其可与羧基、羟甲基、 环氧树脂中含有羟基，其可与羧基、羟甲基、烷 氧基、异氰酸酯等反应。 氧基、异氰酸酯等反应。如：
O
C
OH
+ O=C=N
R
R
NH
C
O
C
二、特性指标
1、环氧值E(epoxy value) 、环氧值 100g环氧树脂中含有的环氧基摩尔数。 环氧树脂中含有的环氧基摩尔数。 环氧树脂中含有的环氧基摩尔数 2、环氧当量 q(epoxy equivalent) 、环氧当量E 环氧基的树脂的克数。 含1mol环氧基的树脂的克数。 环氧基的树脂的克数
而Shell公司生产低分子量环氧树脂环氧氯丙烷 公司生产低分子量环氧树脂环氧氯丙烷 大大过量。 大大过量。 双酚A 双酚 环氧氯丙烷 水 NaOH 5130(22.5mol) 20815(225mol) 104 1880
上海树脂厂生产低分子环氧树脂E-51，环氧氯 ， 上海树脂厂生产低分子环氧树脂 丙烷与双酚A的比例 的比例8-10：1，采用甲醇为溶剂。 丙烷与双酚 的比例 ： ，采用甲醇为溶剂。 结构如下： 结构如下：
R R'
R R'
+
COOH COOH COOH COOH
二聚酸
HOOC-C34H68-COOH + H2N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH2 H2N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH-OC-C34H68-CO-NH (CH2)2-NH- (CH2)2- NH2
5、环脂胺 、 4,4-二氨基二环 二氨基二环 已基甲烷
3、羟基值H(hydroxy value) 、羟基值 100g树脂中含有的羟基摩尔数。 树脂中含有的羟基摩尔数。 树脂中含有的羟基摩尔数 4、羟基当量(hydroxy equivalent) 、羟基当量 羟基的树脂的克数。 含1mol羟基的树脂的克数。 羟基的树脂的克数 5、酯化当量 q 、酯化当量E 酯化1mol 单羧酸所需环氧树脂的克数 酯化 Eq=100/(2E+H)
环氧值 0.04-0.07 0.02-0.045
6、常用牌号生产配比/mol 、常用牌号生产配比 E-51 E-44 E-42 E-35 E-31 E-20 E-12 双酚A 1 1 1 1 1 1 1 双酚 10 2.75 2.4 2 1.8 1.473 1.218 环氧氯丙烷 NaOH(90%) 2.8 (30%) 1.435 0.775 (15%) 2 1.8 (10%) 1.598 1.185 适量 苯
HS
C 2H4OCH2OC2H4
S
S
n
C 2H4OCH2OC2H4
SH
聚硫橡胶改性性能： 聚硫橡胶改性性能： 未改性 A B 100 改性 A B 100 100 71 179 15 1/1.5 315 105 175 118 234
E=0.48-0.57环氧树脂 环氧树脂 聚硫橡胶 碳酸钙 100 DMP-30 15 A/B 1/13.3 抗剪强度kg/cm2(粘合铝合金 粘合铝合金) 抗剪强度 粘合铝合金 118 室温 82°C ° 140 -49 °C 98 77 水30天 天 机油30天 118 机油 天
CH 2CH2
NH
CH 2CH2
NH 2
OH CH2NH CH 2CH2 NH CH 2CH2 NH 2
OH (CH3)2NH2C CH2N(CH3)2
CH2N(CH3)2
DMP-30(K-54)
9、酮亚胺 、
O
2
CH3
C
+
CH3
H2 N
(CH 2)6
NH 2
CH3 C=N CH3 (CH 2)6 N=C
三、环氧树脂的制造
1、化学反应 、
H3C HO C CH3 OH
+NaOH
H3C HO C CH3 O
-
+ Na++H2O
H3C HO C CH3 O-
O
+
CH2Cl
H3C HO C CH3 O H2 C
OCH CH2Cl
H3C HO C CH3 O H2 C
OCH CH2Cl
+NaOH
H3C HO C CH3 O CH2 O
四、其它类型环氧树脂 1、双酚F 、双酚
CH2 O O
CH2
O
CH2 O
CH2 O CH2 O
O
CH2 O
O H2C O
CH2 O CH2 O
Ciba公司的 公司的GY-281：环氧当量 公司的 ：环氧当量158-172 Dow公司的 公司的DER354：环氧当量 公司的 ：环氧当量158-175
旧牌号 6101 634 637 638 601 603 604
国家统一牌号 E-44 E-42 E-35 E-31 E-20 E-14 E-12
环氧值 0.41-0.47 0.38-0.45 0.30-0.40 0.23-0.38 0.18-0.22 0.10-0.18 0.09-0.14
4、二步法制中高分子环氧树脂 、 将低分子环氧树脂(含叔胺催化剂 及双酚 将低分子环氧树脂 含叔胺催化剂)及双酚 投入 含叔胺催化剂 及双酚A投入 加热至110-120°C，反应开始后 反应釜中， ° ， 反应釜中，通N2，加热至 温度升至177 °C，注意冷却，使反应温度不超过 温度升至 ，注意冷却， 193 °C，以免催化剂失效。 ，以免催化剂失效。
O
CH2Cl
NaOH
H3C CH2 O O C CH3 O CH2 O
H3C HO C CH3 OH
•••••• + NaOH
O
CH2Cl
H3C CH2 O O C CH3 O CH2 OH CH CH2O
n
H3C C CH3 O CH2 O
2、低分子环氧树脂制造 、 配比： 配比： 双酚A 1.0 kgmol 双酚 2.7 kgmol 环氧氯丙烷 苯 适量 NaOH(30%水溶液 水溶液) (a)1.435kgmol 水溶液 (b)0.77 kgmol
CH3 CH3
10、双氰胺 、
NH
H2N
C
NHCN
11、胺加成物 、 (1)丁基缩水甘油醚与二亚乙烯三胺加成 丁基缩水甘油醚与二亚乙烯三胺加成
NH2 C 2H 4 NH C 2H4 NH 2
+
H 2C O
CH
CH2
OC4H9
NH2
C 2 H4
NH
C 2H4
NH
CH 2CHCH2OC4H9 OH
(2)环氧树脂乙二胺加成物 环氧树脂乙二胺加成物
d. 加苯溶解，加热至70 °C。 加苯溶解，加热至 。 e. 68-73 °C下于 小时内滴第二份碱液。反应 小时。 下于1小时内滴第二份碱液 小时。 下于 小时内滴第二份碱液。反应3小时 f. 静止分层，上层树脂液在回流脱水釜内脱水。 静止分层，上层树脂液在回流脱水釜内脱水。 g. 过滤后常压脱苯达 过滤后常压脱苯达110 °C，后减压脱苯达 ，后减压脱苯达140 -143 °C。 。
一、概述
1、树脂分类 、 (1)、缩水甘油类 、 此类大多与环氧氯丙烷反应。 此类大多与环氧氯丙烷反应。
H2C O
CH
CH2
Cl
目前使用的大多为缩水甘油醚类： 目前使用的大多为缩水甘油醚类：
H2C O
CH
CH2
O
n
(2)缩水甘油酯类 缩水甘油酯类 如异氰尿酸三缩水甘油酯
5、线型环氧树脂的合成 、 配比： 配比： 双酚A 双酚 环氧氯丙烷 乙醇(95%) 乙醇 氢氧化钠(20%) 氢氧化钠 苯酚 甲苯：丁醇=2： 甲苯：丁醇 ：1 环已酮
11.414 4.626 13.5 a、10.0 、 b、1.5 、 0.46 40.0 5.0
工艺： 工艺： a. 双酚 、环氧氯丙烷溶于乙醇中，滴加第一份氢 双酚A、环氧氯丙烷溶于乙醇中， 氧化钠，室温反应12小时 小时。 氧化钠，室温反应 小时。 b. 加第二份氢氧化钠，80°C回流反应半小时。 加第二份氢氧化钠， ° 回流反应半小时 回流反应半小时。 c. 加溶剂 加溶剂5kg，隔半小时加 溶剂。 ，隔半小时加2.5kg溶剂。共3次。回 溶剂 次 小时。 流4小时。 小时
R CH OH CH2
'
R
N
(3)环氧基与叔胺的反应 环氧基与叔胺的反应
n
HC O
CH2
R3N
CH O
CH 2
n
(4)环氧基与酚类的反应 环氧基与酚类的反应
HC O
CH2
+
HO
O
CH2
CH OH
(5)环氧基与羧基反应 环氧基与羧基反应
O HC O O CH OH CH2 O C R CH2
+ R
2、诺伏勒克环氧树脂 、
O CH2 O CH2 O
O CH2 O
O
CH2
CH2 n
五、环氧固化剂 1、脂肪族多胺固化剂 、
乙二胺 三乙烯四胺 NH2 四乙烯五胺 已二胺
NH2
(CH 2)2
(CH 2)2 NH
NH
NH 2
(CH 2)2
NH
二乙烯三胺 NH2
NH 2
(CH 2)2 NH 2
(CH 2)2
工艺： 工艺： a. 双酚 与NaOH在溶解釜中于 °C溶解。 双酚A与 在溶解釜中于70 溶解。 在溶解釜中于 溶解 b. 过滤入反应釜，47 °C时一次加入环氧氯丙 过滤入反应釜， 时一次加入环氧氯丙 烷， 升温至80 C， C反应 小时， 反应1小时 升温至80 °C，在80-85 °C反应1小时，85-95 °C 至软化点合格。 至软化点合格。 c. 加水降温，洗涤至中性无盐。 加水降温，洗涤至中性无盐。 d. 先常压脱水至 先常压脱水至115 °C ，后减压脱水。 后减压脱水。
C
OH
(6)羟基的反应 羟基的反应 环氧树脂中含有羟基，其可与羧基、羟甲基、 环氧树脂中含有羟基，其可与羧基、羟甲基、烷 氧基、异氰酸酯等反应。 氧基、异氰酸酯等反应。如：
O
C
OH
+ O=C=N
R
R
NH
C
O
C
二、特性指标
1、环氧值E(epoxy value) 、环氧值 100g环氧树脂中含有的环氧基摩尔数。 环氧树脂中含有的环氧基摩尔数。 环氧树脂中含有的环氧基摩尔数 2、环氧当量 q(epoxy equivalent) 、环氧当量E 环氧基的树脂的克数。 含1mol环氧基的树脂的克数。 环氧基的树脂的克数
而Shell公司生产低分子量环氧树脂环氧氯丙烷 公司生产低分子量环氧树脂环氧氯丙烷 大大过量。 大大过量。 双酚A 双酚 环氧氯丙烷 水 NaOH 5130(22.5mol) 20815(225mol) 104 1880
上海树脂厂生产低分子环氧树脂E-51，环氧氯 ， 上海树脂厂生产低分子环氧树脂 丙烷与双酚A的比例 的比例8-10：1，采用甲醇为溶剂。 丙烷与双酚 的比例 ： ，采用甲醇为溶剂。 结构如下： 结构如下：
R R'
R R'
+
COOH COOH COOH COOH
二聚酸
HOOC-C34H68-COOH + H2N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH2 H2N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH-OC-C34H68-CO-NH (CH2)2-NH- (CH2)2- NH2
5、环脂胺 、 4,4-二氨基二环 二氨基二环 已基甲烷
3、羟基值H(hydroxy value) 、羟基值 100g树脂中含有的羟基摩尔数。 树脂中含有的羟基摩尔数。 树脂中含有的羟基摩尔数 4、羟基当量(hydroxy equivalent) 、羟基当量 羟基的树脂的克数。 含1mol羟基的树脂的克数。 羟基的树脂的克数 5、酯化当量 q 、酯化当量E 酯化1mol 单羧酸所需环氧树脂的克数 酯化 Eq=100/(2E+H)
环氧值 0.04-0.07 0.02-0.045
6、常用牌号生产配比/mol 、常用牌号生产配比 E-51 E-44 E-42 E-35 E-31 E-20 E-12 双酚A 1 1 1 1 1 1 1 双酚 10 2.75 2.4 2 1.8 1.473 1.218 环氧氯丙烷 NaOH(90%) 2.8 (30%) 1.435 0.775 (15%) 2 1.8 (10%) 1.598 1.185 适量 苯
HS
C 2H4OCH2OC2H4
S
S
n
C 2H4OCH2OC2H4
SH
聚硫橡胶改性性能： 聚硫橡胶改性性能： 未改性 A B 100 改性 A B 100 100 71 179 15 1/1.5 315 105 175 118 234
E=0.48-0.57环氧树脂 环氧树脂 聚硫橡胶 碳酸钙 100 DMP-30 15 A/B 1/13.3 抗剪强度kg/cm2(粘合铝合金 粘合铝合金) 抗剪强度 粘合铝合金 118 室温 82°C ° 140 -49 °C 98 77 水30天 天 机油30天 118 机油 天
CH 2CH2
NH
CH 2CH2
NH 2
OH CH2NH CH 2CH2 NH CH 2CH2 NH 2
OH (CH3)2NH2C CH2N(CH3)2
CH2N(CH3)2
DMP-30(K-54)
9、酮亚胺 、
O
2
CH3
C
+
CH3
H2 N
(CH 2)6
NH 2
CH3 C=N CH3 (CH 2)6 N=C
三、环氧树脂的制造
1、化学反应 、
H3C HO C CH3 OH
+NaOH
H3C HO C CH3 O
-
+ Na++H2O
H3C HO C CH3 O-
O
+
CH2Cl
H3C HO C CH3 O H2 C
OCH CH2Cl
H3C HO C CH3 O H2 C
OCH CH2Cl
+NaOH
H3C HO C CH3 O CH2 O
四、其它类型环氧树脂 1、双酚F 、双酚
CH2 O O
CH2
O
CH2 O
CH2 O CH2 O
O
CH2 O
O H2C O
CH2 O CH2 O
Ciba公司的 公司的GY-281：环氧当量 公司的 ：环氧当量158-172 Dow公司的 公司的DER354：环氧当量 公司的 ：环氧当量158-175
旧牌号 6101 634 637 638 601 603 604
国家统一牌号 E-44 E-42 E-35 E-31 E-20 E-14 E-12
环氧值 0.41-0.47 0.38-0.45 0.30-0.40 0.23-0.38 0.18-0.22 0.10-0.18 0.09-0.14
4、二步法制中高分子环氧树脂 、 将低分子环氧树脂(含叔胺催化剂 及双酚 将低分子环氧树脂 含叔胺催化剂)及双酚 投入 含叔胺催化剂 及双酚A投入 加热至110-120°C，反应开始后 反应釜中， ° ， 反应釜中，通N2，加热至 温度升至177 °C，注意冷却，使反应温度不超过 温度升至 ，注意冷却， 193 °C，以免催化剂失效。 ，以免催化剂失效。
O
CH2Cl
NaOH
H3C CH2 O O C CH3 O CH2 O
H3C HO C CH3 OH
•••••• + NaOH
O
CH2Cl
H3C CH2 O O C CH3 O CH2 OH CH CH2O
n
H3C C CH3 O CH2 O
2、低分子环氧树脂制造 、 配比： 配比： 双酚A 1.0 kgmol 双酚 2.7 kgmol 环氧氯丙烷 苯 适量 NaOH(30%水溶液 水溶液) (a)1.435kgmol 水溶液 (b)0.77 kgmol
CH3 CH3
10、双氰胺 、
NH
H2N
C
NHCN
11、胺加成物 、 (1)丁基缩水甘油醚与二亚乙烯三胺加成 丁基缩水甘油醚与二亚乙烯三胺加成
NH2 C 2H 4 NH C 2H4 NH 2
+
H 2C O
CH
CH2
OC4H9
NH2
C 2 H4
NH
C 2H4
NH
CH 2CHCH2OC4H9 OH
(2)环氧树脂乙二胺加成物 环氧树脂乙二胺加成物
d. 加苯溶解，加热至70 °C。 加苯溶解，加热至 。 e. 68-73 °C下于 小时内滴第二份碱液。反应 小时。 下于1小时内滴第二份碱液 小时。 下于 小时内滴第二份碱液。反应3小时 f. 静止分层，上层树脂液在回流脱水釜内脱水。 静止分层，上层树脂液在回流脱水釜内脱水。 g. 过滤后常压脱苯达 过滤后常压脱苯达110 °C，后减压脱苯达 ，后减压脱苯达140 -143 °C。 。