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环氧树脂是一种高分子聚合物,分子式为(C11H12O3)n,是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性,可用多种含有活泼氢的化合物使其开环,固化交联生成网状结构,因此它是一种热固性树脂。双酚A型环氧树脂不仅产量大,品种全,而且新的改性品种仍在不断增加,质量正在不断提高。
物质特性
普通液态环氧树脂外观
普通液态环氧树脂外观
环氧树脂具有仲羟基和环氧基,仲羟基可以与异氰酸酯反应。环氧树脂作为多元醇直接加入聚氨酯胶黏剂含羟基的组分中,使用此方法只有羟基参加反应,环氧基未能反应。
用酸性树脂的羧基,使环氧开环,再与聚氨酯胶黏剂中的异氰酸酯反应。还可以将环氧树脂溶解于乙酸乙酯中,添加磷酸加温反应,其加成物添加到聚氨酯胶黏剂中,可使胶的初黏、耐热性以及水解稳定性等都得到提高。还可用醇胺或胺反应生成多元醇,在加成物中有叔氮原子的存在,可加速NCO反应。
用环氧树脂作多羟基组分结合了聚氨酯与环氧树脂的优点,具有较好的粘接强度和耐化学性能,制造聚氨酯胶黏剂使用的环氧树脂一般采用EP-12、EP-13、EP-16和EP-20等品种。
改性方法
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环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料,在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。
涂料用途
环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例,它能制成各具特色、用途各异的品种。其共性:
1.耐化学品性优良,尤其是耐碱性。
2.漆膜附着力强,特别是对金属。
3.具有较好的耐热性和电绝缘性。
4.漆膜保色性较好。
但是双酚A型环氧树脂涂料的耐候性差,漆膜在户外易粉化失光又欠丰满,不宜作户外用涂料及高装饰性涂料之用。因此环氧树脂涂料主要用作防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆,但杂环及脂环族环氧树脂制成的涂料可以用于户外。
胶粘用途
环氧树脂除了对聚烯烃等非极性塑料粘结性不好之外,对于各种金属材料如铝、铁、铜;非金属材料如玻璃、木材、混凝土等;以及热固性塑料如酚醛、氨基、不饱和聚酯等都有优良的粘接性能,因此有胶之称。环氧胶粘剂是结构胶粘剂的重要品种。
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环氧树脂及环氧树脂胶粘剂本身,但由于在制备过程中添加了溶剂及其它有毒物,因此不少环氧树脂“有毒”,国内环氧树脂业正通过水性改性、避免添加等途径,保持环氧树脂“”本色。环氧树脂一般和添加物同时使用,以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择,常用添加物有以下几类:(1)固化剂;(2)改性剂;(3)填料;(4)稀释剂;(5)其它。 其中固化剂是的添加物,无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂,否则环氧树脂不能固化。由于用途性能要求各不相同,对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。
操作要求
固化剂的选择
1.固化剂种类:
环氧树脂原材料
2.固化剂的用量
(1)胺类作交联剂时按下式计算:
胺类用量=MG/Hn,式中:M=胺分子量;Hn=含活泼氢数目;G=环氧值(每100克环氧树脂中所含的环氧当量数)
(2)用酸酐类时按下式计算:
酸酐用量=MG(0.6~1)/100式中:M=酸酐分子量;G=环氧值(0.6~1)为实验系数
3. 选择固化剂的原则:固化剂对环氧树脂的性能影响较大,一般按下列几点选择。
(1)从安全上选择:一般要求毒性小的为好,便于安全生产。
(2)从成本上选择。
改性剂的选择
(1)聚硫橡胶:可提高冲击强度和抗剥性能。
(2)聚酰胺树脂:可改善脆性,提高粘接能力。
(3)聚乙烯醇缩丁醛:提高抗冲击鞣性。
(4)丁腈橡胶类:提高抗冲击鞣性。
(5)酚醛树脂类:可改善耐温及耐腐蚀性能。
(6)聚酯树脂:提高抗冲击鞣性。
(7)尿醛三聚氰胺树脂:增加抗化学性能和强度。
(8)糠醛树脂:改进静弯曲性能,提高耐酸性能。
(9)乙烯树脂:提高抗剥性和抗冲强度。
(10)异氰酸酯:降低潮气渗透性和增加抗水性。
(11)硅树脂:提高耐热性。
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典型的聚醚多元醇分子结构式
聚醚多元醇 [2] 是主链含有醚键(—R—O—R—),端基或侧基含有大于2个羟基(—OH)的低聚物。 [3] 是以低分子量多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物为起始剂,与氧化烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。氧化烯烃主要是氧化丙烯(环氧丙烷),氧化乙烯(环氧乙烷),其中以环氧丙烷为重要。多元醇起始剂有丙二醇、乙二醇等二元醇,甘油三羟甲基丙烷等三元醇及季戊、四醇、木糖醇、山梨醇、蔗糖等多元醇;胺类起始剂为二乙胺、二乙烯三胺等。
聚醚一般常用分子量为800~2000的丙二醇聚醚、分子量为400~4000的三羟甲基丙烷聚醚和端羟基的聚四氢呋喃。作为胶黏剂用的聚醚树脂应去掉聚合时残留下来的碱性催化剂,因为它们能催化异氰酸酯二聚,影响胶黏剂的质量。通常用酸来中和,使聚醚呈微弱酸性(不影响聚氨酯的反应)。制备聚氨酯胶黏剂所用的聚醚要求较为严格,除羟值、酸值外,要求含钾、钠离子量应少于10,含水量小于0.05%,否则有可能产生凝胶。用聚醚树脂配制的聚氨酯胶黏剂具有良好的耐水性,抗冲击性和低温性。
根据起始剂所含活性原子的数目可制得不同官能度的聚醚多元醇,在聚氨酯胶黏剂制备中常用的聚醚是聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇,另外还有聚四氢呋喃二醇。
热塑性弹性体压敏胶粘剂
以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共物(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共物(SIS)为代表的热塑性弹性体是制造热熔压敏胶粘剂的主要原料。热熔压敏胶由于不使用溶剂,不会产生环境污染,生产,在当今对节能和消除环境污染的呼声日益增高的社会,此类压敏胶粘剂的重要性也日益提高。
②树脂型压敏胶 这类压敏胶所用的树脂有聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯基醚等。其中聚丙烯酸酯是用得多的,其产量已经超过天然橡胶压敏胶。 [2]
a.丙烯酸酯压敏胶粘剂
由各种丙烯酸酯单体共聚而得的丙烯酸酯共聚物是重要的一类树脂型压敏胶粘剂。与上述橡胶型压敏胶粘剂相比,它们具有很多优点:外观无色透明并有很好的耐候性;一般不必使用增粘树脂、软化剂和防老剂等添加剂就能得到很好的压敏粘接性能,故配方简单;利用共聚和交联可以制得满足各种不同性能要求的压敏胶粘剂来。因此,近20年来,这类压敏胶粘剂发展非常迅速,并已经取代了天然橡胶压敏胶的霸主地位。
b.有机硅及其他树脂型压敏胶粘剂 由有机硅树脂和有机硅橡胶混合组成的压敏胶粘剂,具有的耐高温和耐老化性能,是一类比较重要的特种压敏胶粘剂,它的主要用途是制造各种的压敏胶粘制品。
聚乙烯基醚是发展较早的一类树脂型压敏胶粘剂,但它的重要性已逐渐为丙烯酸酯压敏胶所取代。
此外,乙烯.乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯、聚酯、聚氯乙烯等树脂也能配成各种压敏胶粘剂。
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天然橡胶(NR)是一种以顺-1,4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物,其成分中91%~94%是橡胶烃(顺-1,4-聚异戊二烯),其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。天然橡胶是应用广的通用橡胶。
通常我们所说的天然橡胶,是指从巴西橡胶树上采集的天然胶乳,经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。天然橡胶是一种以顺-1,4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物,其橡胶烃(顺-1,4-聚异戊二烯)含量在90%以上,还含有少量的蛋白质、脂肪酸、糖分及灰分等。
橡胶树原产于巴西亚马逊河流域马拉岳西部地区,现已布及亚洲、非洲、大洋洲、拉丁美洲40多个国家和地区。种植面积较大的国家有:印度尼西亚、泰国、马来西亚、中国、印度、越南、尼日利亚、巴西、斯里兰卡、利比里亚等。我国植胶区主要分布于海南、广东、广西、福建、云南,此外台湾也可种植,其中海南为主要植胶区。
常绿乔木,有乳状汁液。直根系,三出复叶,革质全缘。花单性,雌雄同株,圆锥花序。果实为蒴果,种子椭圆形。巴西橡胶树有较大的变异性和适应性。适于年平均温度26~27℃,而且没有15℃以下低温度;年降雨量2500mm以上,分布均匀;年平均相对湿度80%以上;土层深1m以上,表层20~30cm含有机质3%以上,土壤pH5~6,土壤质地以壤质土好,地下水位1.5~2m以上;海拔高度一般300m以下,无大风的地区种植。