环氧树脂胶黏剂的合成及配制

一、实验目标

1. 掌握双酚A型环氧树脂的实验室制法。

2. 了解环氧值的测定方法和一般环氧树脂胶黏剂的配制方法和应用。

二、产品特性与用途

双酚A型环氧树脂有低分子量、中等分子量和高分子量三种。双酚A型低分子量环氧树脂，学名双酚A二缩水甘油醚、E型环氧树脂，为黄色或琥珀色高粘度透明液体，软化点低于50℃，分子量小于700，易溶于二甲苯、甲乙酮等有机溶剂。通常环氧树脂胶黏剂大多采用低分子量环氧树脂，而热熔胶采用高分子量环氧树脂。

三、实验原理

1. 双酚A型环氧树脂的合成原理

双酚A型环氧树脂由环氧氯丙烷与双酚A在氢氧化钠作用下聚合制得。

该反应为逐步聚合反应，通常认为它们在氢氧化钠存在的条件下，不断地进行环氧基开环和闭环的反应。即：

继续反应下去，即得长链分子，反应通式如下

2. 环氧值的测定

环氧值是指每100g树脂中所含环氧基的摩尔数。它是环氧树脂质量的重要指标之一，也是计算固化剂用量的依据。分子量越高，环氧基团间的分子链也越长，环氧值就越低。一般低分子量环氧树脂的环氧值在0.50～0.57之间。分子量小于

1500的环氧树脂，其环氧值测定采用盐酸—丙酮法。反应如下：

过量的HCl用标准NaOH—C2H5OH溶液回滴。

3. 环氧树脂胶黏剂的粘接和固化机理

在环氧树脂结构中含有脂肪族羟基、醚基和极活泼的环氧基，

羟基和醚基都有高度的极性，使环氧树脂分子能与临界面产生静电引力，

而环氧基团与介质表面的游离基起反应形成化学键，所以环氧树脂的黏合力特别强。

环氧树脂在未固化前是呈热塑性的线形结构，使用时必须加入固化剂，固化剂与环氧树脂的环氧基等反应，变成网状结构的大分子，成为不溶不熔的热固性物质。

不同的固化剂按照不同的固化机理固化，有的固化剂与环氧树脂加成后，构成固化产物的一部分即完成固化，有的固化剂则通过催化作用使环氧树脂本身开环聚合而固化。

四、主要仪器与药品

1. 主要仪器

四口瓶、电动搅拌装置、滴液漏斗、分液漏斗、回流冷凝管、电热套、减压蒸馏装置一套、铝片。

2. 主要药品

双酚A、环氧氯丙烷、氢氧化钠、盐酸—丙酮溶液、氢氧化钠乙醇溶液、苯、乙二胺、酚酞试液、浓硫酸、重铬酸钾。

五、实验内容与操作步骤

1. 环氧树脂的制备

⑴将22 g双酚A（0.1 mol）、28 g环氧氯丙烷（0.3 mol）加入装有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝管及温度计的四口瓶中，搅拌并加热至70 ℃，使双酚A全部溶解。

⑵ 称取8 g 氢氧化钠溶解在20 mL 水中，置于60 mL 滴液漏斗中；慢慢滴加氢氧化钠溶液至四口瓶中，保持反应液温度在70 ℃左右，约30 min 内滴加完毕；在75～80℃继续反应1.5～2 h ，可观察到反应混合物呈乳黄色。

⑶ 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，直至分出的水相呈中性无氯离子。（用pH 试纸和AgNO3溶液试验）

⑷ 先常压蒸馏，除去苯；然后减压蒸馏，以除去苯、水及未反应的环氧氯丙烷。得到淡黄色透明粘稠液。

2. 环氧值的测定

⑴ 用移液管将1.6 mL 浓盐酸（ρ=1.19 g/mL ）转入100 mL 的容量瓶中，以丙酮稀释至刻度，配成0.2 mol/L 的盐酸丙酮溶液（现配现用，不需标定）。

⑵ 在锥形瓶中准确称取0.3～0.5 g 样品，准确吸取15 mL 盐酸丙酮溶液移入锥形瓶。将锥形瓶盖好，放在阴凉处（约15 ℃的环境中）静置1h 。然后加入两滴酚酞指示剂，用0.1 mol/L 的标准NaOH 溶液滴定至粉红色，做平行试验，并做空白对比。

3. 胶黏剂的配制和应用

本实验制得的是低分子量环氧树脂。应用试验时可用各种金属、玻璃、聚氯乙烯塑料、瓷片等作为试样。

⑴ 表面处理为保证胶黏剂与被粘接界面有良好的粘附作用，被粘接材料必须经过表面处理，以除去油污等杂质。

将两块铝片在处理液（K2Cr2O710份,浓硫酸50份,H2O340份）中浸泡10～15min ，以除去油污，然后将其表面打磨，使其粗糙，蒸馏水冲洗，热风吹干，自然冷却至室温。

⑵ 黏合剂的配制按如下配方配制黏合剂。环氧树脂（本实验产品）10 g ；轻质碳酸钙（填料）6 g ；

邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）0.9 g ；乙二胺（固化剂）0.8 g 。

先将树脂与增塑剂混合均匀，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。注意胶黏剂配制好后，要立即使用，放置过久会固化变质。用过的容器和工具应立即清洗干净。

⑶ 胶接和固化：取少量涂于两块铝片端面，胶层要薄而均匀（约0.1mm 厚），把两块铝片对准胶合面合拢，使用适当的夹具使粘接部位在固化过程中保持定位；室温下放置8～24 h 可完全固化，1～4d 后可达到最高的粘接强度，升温可缩短固化时间，例如在80℃，固化时间不超过3h 。

六、实验记录与数据处理 1. 实验记录

环氧值测定中，试样质量： g ；对照试验消耗NaOH 溶液体积： mL ；试样消耗NaOH 溶液的体积： mL 。 2.数据处理 ⑴ 计算环氧值

1000

100

）（21?

-=m c V V E NaOH

式中：E ——环氧树脂的环氧值；

c NaOH

——NaOH 溶液的浓度，mol/L ；

V 1

——对照试验消耗的NaOH 溶液的体积，mL ；

V 2

——试样消耗的NaOH 溶液的体积，mL ；

m ——样品质量，g 。 ⑵ 计算固化剂胺的用量

式中：G ——每100 g 环氧树脂所需胺的质量，g ； M ——胺的摩尔质量，g/mol ； H ——胺中活泼氢原子的数目； E ——环氧树脂的环氧值。

本实验中乙二胺的摩尔质量M 取 60.1 g/ mol ；乙二胺中活泼氢原子的数目等于4。实际用量可在上述公式计算的基础上，再增加5%～10%。

七、安全与环保

1. 乙二胺有毒性、有臭味，挥发性大，对眼睛、呼吸道和皮肤均有刺激性，固化时放出大量热，宜在通风橱内进行相关操作。

2. 减压蒸馏后期，物料粘度较大且温度较高，应密切关注蒸馏烧瓶内的毛细管是否堵塞，以防发生事故。

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