环氧树脂使用教案

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环氧树脂,环氧树脂（Epoxy Resin）,指分子结构中含有2个或2个以上环氧基并在适当的化学试剂存在下能形成三维网状固化物的化合物的总称，是一类重要的热固性树脂。,环氧树脂既包括环氧基的低聚物，也包括含环氧基的低分子化合物。,环氧树脂作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体，广泛应用于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航空航天等领域。,环氧树脂及其固化物的性能特点,(1),力学性能高,。环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。,(2),附着力强,。环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。,(3),固化收缩率小,。一般为12。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为810；不饱和聚酯树脂为46；有机硅树脂为48)。线胀系数也很小，一般为610,-5,/。所以固化后体积变化不大。,(4),工艺性好,。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。,(5)优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。,(6),稳定性好，抗化学药品性优良,。不合碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)，其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆，又因环氧树脂固化物呈三维网状结构，又能耐油类等的浸渍，大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。,(7),环氧固化物的耐热性一般为80100,。环氧树脂的耐热品种可达200或更高。,环氧树脂也存在一些缺点,，比如耐候性差，环氧树脂中一般含有芳香醚键，固化物经日光照射后易降解断链，所以通常的双酚A型环氧树脂固化物在户外日晒，易失去光泽，逐渐粉化，因此不宜用作户外的面漆。另外，环氧树脂低温固化性能差，一般需在10以上固化，在10以下则固化缓慢，对于大型物体如船舶、桥梁、港湾、油槽等寒季施工十分不便。,二、环氧树脂的特性指标,环氧树脂有多种型号，各具不同的性能，其性能可由特性指标确定。,（1）,环氧当量,（或,环氧值,）：环氧当量（或环氧值）是环氧树脂最重要的特性指标，表征树脂分子中环氧基的含量。环氧当量是指含有1mol环氧基的环氧树脂的质量克数，以EEW表示。而环氧值是指100g环氧树脂中环氧基的摩尔数。,环氧当量的测定方法有化学分析法和光谱分析法。国际上通用的化学分析法有高氯酸法，其他的还有盐酸丙酮法、盐酸吡啶法和盐酸二氧六环法。,盐酸丙酮法方法简单，试剂易得，使用方便。其方法是：准确称量0.51.5g树脂置于具塞的三角烧瓶中，用移液管加入20mL的盐酸丙酮溶液（1mL相对密度1.19的盐酸溶于40mL丙酮中），加塞摇荡，使树脂完全溶解，在阴凉处放置1小时，盐酸与环氧基作用生成了氯醇，之后加入甲基红指示剂3滴，用0.1mol/L 的NaOH溶液滴定过量的盐酸至红色褪去变成黄色时为终点。同样操作，不加树脂，做一空白试验。由树脂消耗的盐酸的量即可计算出树脂的环氧当量。,（2）,羟值,（或,羟基当量,）：羟值是指100g环氧树脂中所含的羟基的摩尔数。而羟基当量是指含1mol羟基的环氧树脂的质量克数。,羟值的测定方法有两种：一是直接测定环氧树脂中的羟基含量；二是打开环氧基形成羟基，并进一步测定羟基含量的总和。前一方法是根据氢化铝锂能和含有活泼氢的基团进行快速、定量反应的原理，用于直接测定环氧树脂中的羟基，是一种较可靠的方法。后一方法是以乙酸酐、吡啶和浓硫酸混合后的乙酰化试剂与环氧树脂进行反应，形成羟基，然后测定总的羟基含量，再以二倍的环氧基减之，即可测定环氧树脂中的羟基含量即羟值。,（3）,酯化当量,：酯化当量是指酯化1mol单羧酸（60g醋酸或280gC18脂肪酸）所需环氧树脂的质量克数。环氧树脂中的羟基和环氧基都能与羧酸进行酯化反应。酯化当量可表示树脂中羟基和环氧基的总含量。,（4）,软化点,：环氧树脂的软化点可以表示树脂的分子量大小，软化点高的相对分子质量大，软化点低的相对分子质量小。,（5）,氯含量,：是指环氧树脂中所含氯的摩尔数，包括有机氯和无机氯。无机氯主要是指树脂中的氯离子，无机氯的存在会影响固化树脂的电性能。树脂中的有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也会影响树脂的固化及固化物的性能。,（6）,黏度,：环氧树脂的黏度是环氧树脂实际使用中的重要指标之一。不同温度下，环氧树脂的黏度不同，其流动性能也就不同。黏度通常可用杯式黏度计、旋转黏度计、毛细管黏度计和落球式黏度计来测定。,三、国产环氧树脂的牌号,国产环氧树脂的牌号及规格见下表：,注：下表中FJ-47和FJ-43为邻甲酚醛环氧树脂。,返回,环氧固化剂,1.胺类固化剂,胺类固化剂的用量与固化剂的相对分子质量、分子中活泼氢原子数以及环氧树脂的环氧值有关。,胺类固化剂包括,多元胺类固化剂、叔胺和咪唑类固化剂、硼胺及其硼胺配合物固化剂。,（1）多元胺类固化剂,单一的多元胺类固化剂有脂肪族多元胺类固化剂、聚酰胺多元胺固化剂、脂环族多元胺类固化剂、芳香族多元胺类固化剂及其他胺类固化剂。,脂肪族多元胺类固化剂,能在常温下使环氧树脂固化，固化速度快，黏度低，可用来配制常温下固化的无溶剂或高固体涂料，常用的脂肪族多元胺类固化剂有乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、己二胺、间苯二甲胺等。,一般用直链脂肪胺固化的环氧树脂固化物韧性好，粘接性能优良，且对强碱和无机酸有优良的耐腐蚀性，但漆膜的耐溶剂性较差。,脂肪族多元胺类固化剂有以下缺点：固化时放热量大，一般配漆不能太多，施工时间短；活泼氢当量很低，配漆称量必须准确，过量或不足会影响性能；有一定蒸气压，有刺激性，影响工人健康；有吸潮性，不利于在低温高温下施工，且易吸收空气中CO2变成碳酰胺；高度极性，与环氧树脂的混溶性欠佳，易引起漆膜缩孔、桔皮、泛白等。,聚酰胺多元胺固化剂,是一种改性的多元胺，是用植物油脂肪酸与多元胺缩合而成，含有酰胺基和氨基：,产物中有3个活泼氢原子，可与环氧基反应。对环境湿度不敏感，对基材有良好的润湿性。,脂环族多元胺类固化剂,色泽浅，保色性好，黏度低，但反应迟缓，往往需与其他固化剂配合使用，或加促进剂，或制成加成物，或需加热固化。如：,双（4-氨基-3-甲基环己基）甲烷 异佛尔酮二胺,芳香族多元胺类固化剂,芳香族多元胺中氨基与芳环直接相连，与脂肪族多元胺相比，碱性弱，反应受芳香环空间位阻影响，固化速度大幅度下降，往往需要加热才能进一步固化。但固化物比脂肪胺体系的固化物在耐热性、耐化学药品性方面优良。芳香族多元胺必须经过改性，制成加成物等，或加入催化剂，如苯酚、水杨酸、苯甲醇等，才能配成良好的固化剂，能在低温下固化，漆混合后的发热量不高，耐腐蚀性优良，耐酸及耐热水，广泛应用工厂的地坪涂料，耐溅滴、耐磨。,芳香族多元胺类固化剂主要有4,4-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基二苯基砜、间苯二胺等。固化剂NX-2045的结构式为：,该固化剂的分子结构上带有憎水性优异且常温反应活性高(带双键)的柔性长脂肪链，还带有抗化学腐蚀的苯环结构，使其既有一般酚醛胺的低温、潮湿快速固化特性，又有一般低分子聚酰胺固化剂的长使用期。,其他胺类固化剂,双氰胺,结构式为 ，很早就被用作潜伏性固化剂应用于粉末涂料、胶粘剂等领域。双氰胺在145165能使环氧树脂在30min内固化，但在常温下是相对稳定的，将固态的双氰双胺充分粉碎分散在液体树脂内，其贮存稳定性可达6个月。与固体树脂共同粉碎，制成粉末涂料，贮存稳定性良好。,乙二酸二酰肼,结构式为：,在常温下与环氧树脂的配合物贮存稳定，在加热后才缓慢溶解发生固化反应，也可加入叔胺、咪唑等促进剂加快其固化反应。,酮亚胺类化合物,结构式为：,是一种潜伏性固化剂。当与环氧树脂混合制成的漆膜暴露于空气中时，酮亚胺类化合物会吸收空气中的水分产生多元胺，从而使漆膜迅速固化。,曼尼斯加成多元胺,曼尼斯（Mannich）反应是由酚、甲醛及多元胺三者的缩合反应。,分子中有酚羟基，能促进固化。其固化特点是即使在低温、潮湿的环境下也能固化。常用于寒冷季节时需快速固化的环氧树脂漆。,（,2）叔胺和咪唑类固化剂,叔胺类固化剂,叔胺属于路易斯碱，其分子中没有活泼氢原子，但氮原子上仍有一对孤对电子，可对环氧基进行亲核进攻，催化环氧树脂自身开环固化。固化反应机理如下：,是阴离子型的催化反应。叔胺类固化剂具有固化剂用量、固化速度、固化产物性能变化较大，且固化时放热量较大的缺点，因此不适应于大型浇铸。,最典型的叔胺类固化剂为DMP-30（或K-54）固化剂，其结构式如下：,该化合物分子中氨基上没有活泼氢原子，不能与环氧基结合，但它能促进聚酰胺、硫醇等与环氧基交联。,其他具有代表性的叔胺类固化剂有：,N(CH,2,CH,2,OH),3,三乙醇胺 四甲基胍 N,N-二甲基哌嗪 三亚乙基二胺,苄基二甲胺 DMP-10,咪唑类固化剂,咪唑类固化剂是一种新型固化剂，可在较低的温度下使环氧树脂固化，并得到耐热性优良、力学性能优异的固化产物。咪唑类固化剂主要是一些1位、2位或4位取代的咪唑衍生物。典型的咪唑类固化剂如下：,1-甲基咪唑 2-乙基-4-甲基咪唑 2-十一烷基咪唑 2-十七烷基咪唑 2-苯基咪唑,1-苄-2-甲基咪唑 1-氰乙基-2-甲基咪唑 1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑 1-氰乙基-2-十一烷基咪唑,偏苯三酸1-氰乙基-2-十一烷基咪唑盐 偏苯三酸1-氰乙基-2-苯基咪唑盐,2,4-二氨基-6-2-乙基咪唑基乙基顺式三嗪 2,4-二氨基-6-2-乙基-4-甲基咪唑基 乙基顺式三嗪,2,4-二氨基-6-2-十一烷基咪唑基乙基顺式三嗪 1-十二烷基-2-甲基-3-苄基咪唑盐酸盐,1,3-二苄基-2-甲基咪唑盐酸盐,咪唑类固化剂与环氧树脂的固化反应机理如下：,咪唑类固化剂的结构不同，其性质也有所不同。一般来说，咪唑类固化剂的碱性越强，固化温度就越低。咪唑环内有两个氮原子，1位氮原子的孤电子对参与环内芳香大,键的形成，而3位氮原子的孤电子对则没有，因此3位氮原子的碱性比1位氮原子的强，起催化作用的主要是3位氮原子。1位氮上的取代基对咪唑类固化剂的反应活性影响较大，当取代基较大时，1位氮上的孤电子对不能参与环内芳香大,键形成，此时1位氮的作用相当于叔胺。,（3）硼胺配合物及带胺基的硼酸酯类固化剂,三氟化硼-胺配合物固化剂,三氟化硼分子中的硼原子缺电子，易与富电子物质结合，因此三氟化硼属路易斯酸，能与环氧树脂中的环氧结合，催化环氧树脂进行阳离子聚合。三氟化硼活性很大，在室温下与缩水甘油酯型环氧树脂混合后很快固化，并放出大量的热，且三氟化硼在空气中易潮解并有刺激性，因此一般不单独用做环氧树脂的固化剂。通常是将三氟化硼与路易斯碱结合成配合物，以降低其反应活性。所用的路易斯碱主要是单乙胺，此外还有正丁胺、苄胺、二甲基苯胺等。三氟化硼-胺配合物与环氧树脂混合后在室温下是稳定的，但在高温下配合物分解产生三氟化硼和胺，很快与环氧树脂进行固化反应。,最具有代表性的三氟化硼-胺配合物固化剂是三氟化硼单乙胺配合物，其结构式为，在常温下与环氧树脂混合后稳定，但加热至100以上时，该配合物分解成三氟化硼和乙胺，进而引发环氧树脂固化。,三氟化硼-胺配合物的反应活性主要取决于胺的碱性强弱，对于碱性弱的苯胺、单乙胺，其配合物的反应起始温度低，而对于碱性强的哌啶、三乙胺，其配合物的反应起始温度就高。,带胺基的硼酸酯类固化剂,该类固化剂是我国20世70年代研制成功的带胺基的环状硼酸酯类化合物。常见的带胺基的硼酸酯类固化剂见下表：,这类固化剂的优点