低分子量环氧树脂的制备及测试

实验三 低分子量环氧树脂的制备及测试 一 实验目的 1 通过双酚 A 型环氧树脂的制备 掌握一般缩聚反应的原理 2 熟悉低分子量环氧树脂的制备方法 了解环氧树脂的用途 3 掌握环氧值的测定方法 4 掌握粘接强度的测定方法 二 实验原理 凡分子内含有环氧基团的聚合物 统称为环氧树脂 它是一种多品种 多用途的新型 合成树脂 且性能很好 对金属 陶瓷 玻璃等许多材料具有优良的粘结能力 所以有万 能胶之称 又因为它的电绝缘性能好 体积收缩小 化学稳定性高 机械强度大 所以广 泛的被用做粘接剂 增强塑料 玻璃钢 电绝缘材料 铸型材料等 在国民经济建设中有很 大作用 双酚 A 型环氧树脂是环氧树脂中产量最大 使用最广的一个品种 有通用环 氧树脂之称 它是由双酚 A 和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的 其反应式如下 CH2 CHCH2ClO HO CCH3CH 3 OH n 2 NaOH CCH3CH 3 OO CHOHCH2H2C CHCH2O CH2H2CO CH2 n n 2 n 1 O CCH3CH 3 OCH2 n 2 NaCl n 2 H2O 双酚 A 型环氧树脂与乙二胺的固化反应式如下 3 实验仪器及试剂 三颈瓶 滴液漏斗 分液漏斗 电动搅拌器 温度计 减压蒸馏装置 恒温水浴 环氧氯丙烷 双酚 A 氢氧化钠 苯 去离子水 邻苯二甲酸氢钾 盐酸 吡咯 红外光谱仪 四 实验步骤 1 双酚 A 型环氧树脂的制备 将 22 02 g 双酚 A 和 28 06 g 环氧氯丙烷依次加入装有搅拌器 滴液漏斗和温度计的 250 mL 三颈瓶中 如图 1 所示 用水浴加热 升温至 75 搅拌双酚 A 使其完全溶解 70 下滴加 40 mL 20 的 NaOH 溶液 二十分钟滴加完毕 在 80 继续反应 2 h 此时溶液呈乳黄色 停止加热 降温 加入苯 60 mL 搅拌 使树脂溶解后移入分液漏斗 静置后分去水层 用 pH 纸检 测水层是否呈中性 用 AgNO3 溶液检测水层是否含有氯离子 若水层 pH 值不等于 7 或者 含有氯离子 再用蒸馏水洗数次 直到洗涤水相呈中性及无氯离子 分出有机层 将上层苯溶液倒入减压蒸馏装置中 如图 3 所示 先在常压下蒸去苯 然后在减压下蒸馏以除去所有挥发物 趁热将烧瓶中的树脂倒出 冷却后得琥珀色透明的 粘稠的环氧树脂 称重得到 22 08g 环氧树脂 图 1 环氧树脂合成装置示意图 图 2 滴定装置示意图 图 3 环氧树脂减压蒸馏装置示意图 2 环氧值的测定 称取 3 89g 氢氧化钠 溶于 900 毫升蒸馏水中配成溶液 以酚酞为指示剂 用邻苯 二甲酸氢钾标定 编号 邻苯二甲酸氢钾 g NaOH 溶液消耗 体积 ml NaOH 溶液的浓 度 1molL 平均值 1molL 0 4330 19 58 0 1083 0 5099 23 20 0 1076 0 5378 24 38 0 1082 0 1080 用标定浓度的氢氧化钠溶液滴定盐酸 吡啶溶液 以酚酞为指示剂 确定盐酸 吡 啶溶液的浓度 编号 盐酸 吡啶溶液 体积 ml NaOH 溶液消耗 体积 ml 盐酸 吡啶溶液 的浓度 1molL 平均值 1olL 20 00 36 92 0 1994 20 00 37 33 0 2015 0 2005 准确称取环氧树脂 0 5122g 左右 放入装有磨口冷凝管的 250 mL 锥形瓶中 用移液 管加入 20 mL 0 2mol L 盐酸 吡啶溶液 装上冷凝管 在 50 水浴上加热溶解 回流加 热 20 min 冷至室温 以酚酞为指示剂 用已知浓度的 NaOH 溶液 如图 2 所示 滴至呈粉红 色为止 用同样的操作做一次空白试验 计算环氧值 3 粘接试验及红外光谱测定 将玻璃片用棉花沾无水乙醇洗干净后烘干 备用 称取 10 g 环氧树脂加入小烧杯中 滴加 8 滴乙二胺 用玻璃棒搅匀后 在玻璃片上 涂一薄层 然后将玻璃片用螺旋夹夹紧 在室温下放置 48 h 后 在 110 烘箱内烘 1 h 用人力拉伸的方法感受粘接强度 分别对双酚 A 环氧氯丙烷和双酚 A 型环氧树脂做红外光谱图 并比较分析 5 实验结果 1 计算环氧树脂产率 2 081 0 2675 产 率 2 测定产品的环氧值 式中 0V 空白滴定所消耗的 NaOH 标准溶液的体积数 mL 1 样品滴定消耗的 NaOH 标准溶液的体积数 mL M NaOH 标准溶液的浓度 mol L m 样品质量 g 3 测试环氧树脂的粘接强度 施加强作用力不能把两块玻片分开 6 实验讨论 1 环氧树脂合成时 环氧树脂合成时 NaOH溶液 加入的快慢对合成有无影响 加入的快慢对合成有无影响 答 答 NaOH 溶液加入的速度对环氧树脂合成石有影响的 溶液加入的速度对环氧树脂合成石有影响的 NaOH 溶液加入过快 环氧树脂的聚溶液加入过快 环氧树脂的聚 合度会增大并出现结块 不利于合成低分子量环氧树脂 所以合度会增大并出现结块 不利于合成低分子量环氧树脂 所以 NaOH 溶液的滴加速度要缓慢 溶液的滴加速度要缓慢 以防局部过量而结块 以防局部过量而结块 2 原料摩尔比对双酚A低分子环氧树脂环氧值是如何影响的 答 当原料摩尔比为1 1时 产物的聚合度极高 分子量极大 末端环氧基所占比例极 少 环氧值极小 当摩尔比与1相差愈大 环氧氯丙烷大大过量时 产物的聚合度极低 环 氧值较大 能得到双酚A为低分子环氧树脂 3 双酚 A 环氧氯丙烷和双酚 A 型环氧树脂红外光谱的比较分析 答 双酚 A 双酚 A 的特征吸收峰 3362 60cm 1 O H 伸缩振动 2965 19 cm 1 甲基 的 C H 伸缩振动 1598 30 cm 1 芳烃 C C 骨架伸缩振动 1384 11 cm 1 CH3 变形振动 1238 07 cm 1 C O 伸缩振动 827 78 cm 1 芳环 C H 变形振动 对位而取代 环氧氯丙烷的特征吸收峰 2962 77 cm 1 2925 89 cm 1 亚甲基的 C H 伸缩振动 1432 19 cm 1 亚甲基的变形振动 1250 09 cm 1 C O C 伸缩振动 831 04 cm 1 C Cl 伸缩振动 环氧树脂的特征吸收峰 3440 63 cm 1 O H 伸缩振动 3037 08 苯环 C H 伸缩振动 2965 77 cm 1 2928 11 cm 1 甲基 亚甲基的对称伸缩振动 2871 82 cm 1 甲基 亚 甲基的不对称伸缩振动 1607 29 cm 1 芳烃 C C 骨架伸缩振动 1455 83cm 1 亚甲基的变形振动 1361 92 cm 1 双酚A 中双甲基对称弯曲振动 1183 42 cm 1 C O C伸缩振动 1036 75 cm 1 C O 伸缩振动 830 17 cm 1 芳环 C H 变形振动 对位而取代 574 21 cm 1 C Cl 伸缩振动