双酚A型液体环氧树脂的合成及特种环氧树脂的固化行为与性能分析

洪鲲 余登祥 孙祥

摘  要：近年来，环氧树脂逐渐在各类复合材料的建造方面得到广泛的应用。本篇文章中，主要介绍了双酚A型液体环氧树脂的合成工艺以及特种环氧树脂的固化行为与其性能方面的探究，使环氧树脂可以在工业中得到更好的应用。

关键词：双酚A型液体环氧树脂;特种环氧树脂;固化行为

引言：

双酚A型液体环氧树脂的主要构成部分时双酚A和氧氯丙烷，两种物质在氢氧化钠的作用下经过一定反应合成的。针对双酚A型液体环氧树脂的合成方式主要有两种：一步法与二步法。

一、双酚A型液体环氧树脂的合成工艺

双酚A型液体环氧树脂的一步法中又分为了一次加碱与二次加碱。在一步法的合成工艺中，其主要手段是将双酚基丙烷（BPA）与环氧氯丙烷（ECH）在氢氧化钠的作用下进行合成，并且针对同一反应条件下，进行开环与闭环反应。对于目前的双酚A型液体环氧树脂的合成工艺中，一步法的应用最为常见。

第二种是两步法。两步法在其内部也分为了两种方式：间歇法与连续法。两步法与一步法的不同之处是，将双酚基丙烷（BPA）与环氧氯丙烷（ECH）在像季铵盐催化剂的作用下，第一步产生加成反应的中间体，第二步在氢氧化钠的条件下，进行闭环反应，从而生成环氧树脂。目前市面上流行的E-51、54环氧树脂，就是通过此种方式进行的合成^[1]。对比两种合成工艺，二步法相对一步法来说，其反应的时间较短、操作过程中的稳定性较高、方便操控者的控制。但是，另一方面来说，二步法又存在着一些问题，比如：针对后期的处理方式较麻烦、对于产品的质量方面也存在着多方面的影响。而一步法的合成工艺则是针对双酚A型液体在氢氧化钠的反应下，聚缩而形成的反应，虽然反应的时间较长，但是其后期的处理方式较容易，更偏向对中等分子的制造。通过实验过程的进一步发现，环氧氯丙烷与双酚A的摩尔比例为1∶2，此时的二环氧甘油醚产出量不足10%，因此，根据实际意义的化学用量比例，环氧氯丙烷的准确数值应在此基础上提高2-3倍。

二、特种环氧树脂的固化行为及其性能探究

（一）特种环氧树脂的固化行为模式

特种环氧树脂的固化主要以二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂，将环氧树脂固化。主要利用差示扫描量热法（DSC）为研究手段，进行固化动力学的研究，以此作为最佳的固化程序研究，將固化时的样本，采用摄氏度为100、140、160的温度进行固化，间隔一小时取样本，并绘制热能谱图，从而直观地观察不同的固化温度条件对固化反应中的物质造成的影响。固化反应中的固化反应力学，可以针对多种温度控制下的热能高峰温度进行分析，利用多种温度的升高速率进行分析估计。在升温速率的预估中，Kissinger曾提出利用反应过程中的最大反应速率来计算，这一方式源于对峰值温度与升温时的速度相关。此外，还可以采用同等变换的方法，将不同条件下的升温速率与不同温度达到同等的变换频道。在研究结果中还可以看出，不同的固化温度与时间、分解程度都是不同的。当温度处于100℃的时候，固化过程中的热分解温度也随之上升，针对固化的反应具有较大的影响。当温度达到140℃时，热分解的温度明显高于规定的温度，但是上升的较为缓慢，对固化的反应没有太大的影响。而当温度上升到160℃时，固化的热分解温度明显下降，不利于固化的过程。

（二）特种环氧树脂的性能特点

根据实验过程中对特种环氧树脂的针对性探究，可以看出特种环氧树脂在性能上表现出多方面的特点：力学性能较高、粘结性较好、固化的收缩率较小、稳定性高。首先，针对其中的力学性能方面，上述的固化行为模式中，已经指出了针对环氧树脂本身而言，其存在着很强的内聚能力，并且其分子的结构较为缜密，其所表现出的力学性能要高于普通的树脂材料^[2]。其次，环氧树脂中的固化体系中，环氧基、醚剪、脂键等部分都展现出了粘度极高的粘结强度，将高粘结强度与其力学性能中体现出的强性内聚力相结合，其粘结性能得以总体呈现。在应用方面可以成为结构胶的原材料。最后，其固化收缩率在试验中也可以得到明显的结论。特种环氧树脂所体现的一般热固性树脂固化率为1%-2%，是固化收缩率中最小的收缩品种。针对其他的树脂而言，酚醛树脂的收缩率达到8%-10%，有机硅树脂的收缩率为4%-8%。特种环氧树脂，在收缩率方面具有明显的优势，线性的系数较小，尺寸较小，内部的内应力也相对较小，在使用过程中，一般不会出现开裂的现象。此外，特种环氧树脂在工艺性、电能性、耐热性方面都体现出了较强的使用效果，这也使得特种环氧树脂的应用范围较为广泛，一般在低温、室温、高温环境下都可以进行使用。特种环氧树脂的价格相对较高，但其性能方面的综合质量较高，所以在市场中的应用也较为广泛。

结论：

双酚A型液体环氧树脂的合成手段逐渐被简化，特种环氧树脂凭借其过硬的质量，在市场与企业中得到了广泛的运用。随着社会科技水平的不断提高，类似特种环氧树脂的特殊制作工艺还需要进一步被研发。

参考文献

[1]  冯兴卓，许双喜等.环氧树脂改性聚氨酯材料结构与性能研究[J].特种橡胶制品，2020，41（04）：6-9.

[2]  刘渊，龙明芬等.富含酰胺键的新型环氧树脂的制备及其性能研究[J].热固性树脂，2019，34（06）：19-24.

作者简介：洪鲲（1976年4月）男，江苏扬州，汉族，助理工程师，中专，从事实验室分析技术研究与应用。