什么是环氧树脂?

[拼音]：huanyang shuzhi

[外文]：epoxy resin

分子结构中至少含有两个环氧基


的单体(或其预聚物)与固化剂反应所形成的热固性树脂。环氧树脂的品种繁多，其中双酚A型树脂是最主要的品种。双酚A型树脂随分子量或聚合度n不同，其性状呈粘稠液体至脆性固体。分子结构中双酚A成分赋予树脂以坚韧性和耐热性，醚键赋予耐化学药品性和粘合性，羟基和环氧基使其具有粘合性和与多种固化剂的反应性。它是一类综合性能优良的多品级树脂，较重要的性能是：

（1）粘合性高。原始树脂中极性羟基和醚键的存在以及固化期间轻微的收缩，使环氧树脂具有很高的粘合强度。

（2）收缩性低。树脂分子在液态就有高度缔合，固化过程中又不放出副产物，故收缩率低，未改性树脂体系的收缩率小于 2％。

（3）易变性。环氧树脂体系的性能，可通过多种类型树脂的并合、多种固化剂的选择、改性剂和填料的添加而得到改进，能够加工成为许多不同性能的品种。

（4）良好的 *** 作特性。很多树脂体系都可在室温 *** 作，有些混合过程只需一般的加热即可。

（5）优良的电性能、力学性能、耐化学药品性能。

20世纪30年代，首先由瑞士的P.卡斯坦和美国的S.格林利合成，并确定了双酚A(DPP)与环氧氯丙烷(ECH)的反应产物（双酚A型环氧树脂）在工业上的重要性。1947年，瑞士汽巴公司开始工业化生产。50年代末至60年代初，其生产应用得到很大发展。此后，相继出现双酚A型以外的各种新型环氧树脂，达25种之多。世界环氧树脂1979年的生产能力约600kt，近几年又有所增加，其中70％以上由瑞士的汽巴- 嘉基公司和美国的陶氏化学公司及壳牌公司生产。

中国在50年代末，开始环氧树脂的工业化生产。现年总生产能力约20kt，1984年实际产量约16.8kt。

双酚A型环氧树脂中的低分子量液态树脂是由过量的 ECH与 DPP在碱（如氢氧化钠）存在下分两步反应制得。制造技术的关键在于尽可能减少副反应，提高树脂质量，降低原料消耗。分子量较高的固态树脂用两条路线生产：

（1）DPP与ECH在碱存在下直接反应，分子量由两种原料的摩尔比加以调节；

（2）以液态树脂为原料，在催化剂存在下用双酚A进行链扩展得到聚合度较高的树脂，分子量通过液态原料树脂与双酚A的摩尔比进行调节。利用此种改良工艺可以直接制造分子量更高的树脂品级。

使用环氧树脂时，必须加入化学活性试剂，即固化剂，在适当条件下，使线型环氧树脂分子交联固化成网状大分子，方显示其固有的优良特性。固化剂分催化型（如 *** 胺络合物、叔胺）和共反应型（如多元胺、酸酐）。催化型固化剂引发环氧树脂均聚，其用量需根据实验确定；共反应型固化剂是含活泼氢的多官能度试剂，它是按化学计算量同树脂的活性基团（环氧基、羟基）进行反应。固化剂多达 300多种。例如脂肪族多元胺、低分子聚酰胺等，能在室温下固化环氧树脂；酸酐、芳香族多元胺等，则需靠加热完成固化反应。除正确选择环氧树脂和固化剂外，还需在配方中加入塑料助剂，如稀释剂（活性的和非活性的）、促进剂、增塑剂、增韧剂、填料等，以满足加工工艺和最终产品性能的要求。

环氧树脂易于改性，且又有优良的粘合性、电性能、力学性能、耐热、耐化学药品性能，故在机械、电子、建筑、化工等工业部门中广泛用作涂料、浇铸品、模塑件、胶粘剂和复合材料。

环氧树脂最大的用途是作保护涂料，例如汽车底漆、面漆，船舶涂料，各种贮罐及其他产品的内涂层和面漆。环氧树脂作为涂料应用的主要方法：

（1）分子量较低的固态树脂（分子量约1000）用脂肪族多胺或低分子量聚酰胺于室温或稍加热交联固化，用于石油炼厂、化工厂和船舶维修；

（2）酯化环氧涂料，它是中等分子量固态树脂（分子量1500～2000）与各种脂肪酸进行酯化，其产物依脂肪酸性质的不同，或靠空气干燥（冷干漆）或加热固化（烘干漆），性能优于醇酸树脂涂料，生产成本较低，主要用于汽车底漆；

（3）较高分子量的固态树脂（分子量3000～4000）与醛的缩合物（如酚醛、脲醛，三聚氰胺甲醛树脂）混合，醛的缩合物作为固化剂和改性剂，靠加热固化，主要用途之一是饮料罐内涂层。目前，溶剂型涂料用得最多，为节能和防止公害，粉末涂料、无溶剂涂料和水系涂料日趋发展。

将液态环氧树脂体系注入塑模空穴，继而交联固化，用以制造浇铸部件。生产双酚A型树脂的浇铸品常用酸酐作固化剂，石英粉为填料，充填量60%～65%（质量）。其浇铸品普遍用于制造接线绝缘子、开关元件、变压器、轴套、包封线圈及各种模具等。浇铸大型部件的关键在于有效地控制固化过程的温度变化，勿使过热，避免浇铸件内部产生热应力。双酚A型树脂因耐紫外光性和耐电弧性不良，其应用仅限于户内；若用于户外需采用脂环族环氧树脂，以非芳香性酸酐（如六氢邻苯二甲酸酐）作固化剂。近年来，浇铸工艺开发了加压凝胶法，极大地提高了生产效率，改善了制品质量。

环氧模塑料通常由固态树脂、固化剂、填料和增强材料构成，采用模压、传递成型(见传递模塑)、注射成型工艺，用于包封固体电子元件，也用于制造大型部件如箱体、泵、管件、阀门等。

玻璃纤维、石墨纤维等用环氧树脂作胶粘剂，能制造高性能层压和复合材料，其中玻璃纤维- 环氧层压制品（即环氧玻璃钢）在工业上最为重要，用于制造飞机的升降舵、尾段等结构件，在电器工业中主要是制造覆铜印刷电路版和气爆断路器的管件。采用溴代双酚A型树脂-双氰胺体系可达到阻燃目的，在航天工业中，石墨纤维增强复合材料的应用，因其比强度（抗张强度/相对密度）较高而迅速发展。采用四缩水甘油基亚甲撑二苯胺- 二氨基二苯砜体系可提高高温性能和耐湿性，若石墨纤维大幅度降价，这种复合材料将给汽车工业带来新发展。

环氧树脂对许多金属和非金属材料具有优良的粘接性能，故有万能胶之称。高温固化环氧胶常用双氰胺，芳香族多胺作固化剂，室温固化胶多采用低分子聚酰胺，脂肪族多胺作固化剂。为提高或改善某些性能，在胶粘剂配方中还需加入稀释剂、增韧剂、填料等。环氧胶应用十分广泛，从飞机蜂窝夹层结构、水泥盖板、油漆刷鬃毛的粘接，到家庭用品的修复，发展趋向是开发低温快速固化，水中固化，室温固化，兼备高强韧性，单组分（一液型）包装。

为了改进环氧树脂的脆性降低粘度，进一步提高环氧树脂的耐高温、耐蚀性、阻燃性和耐候性，已开发了多种新型环氧树脂。例如：用线型酚醛树脂代替双酚A，可制得耐热、耐化学药品性更好的环氧树脂；用双酚F（二酚基甲烷）与ECH反应可制得低粘度、耐化学药品性优于双酚A型的环氧树脂;用不饱和脂环族化合物环氧化制得的环氧树脂，具有优良的耐紫外线性、耐电弧性和耐热性；以对氨基苯酚和溴代双酚A与ECH反应制得的环氧树脂，分别为低粘度、快速固化的耐热树脂和耐燃树脂等。

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