雙酚A環(huán)氧樹脂膠粘劑的制備

1、雙酚A環(huán)氧樹脂膠粘劑得制備被粘物面之間膠粘劑只占很薄得一層體積 , 但使用膠粘劑完成膠接施工之后 , 所得膠接件在 機械性能與物理化學性能方面 , 能滿足實際需要得各項要求。膠粘劑有廣泛得用途與大量得品種, 與我們得日常生活關系密切。例如墻紙得粘合、地毯得粘合、 玻璃與陶瓷得粘合等等 , 都要用到膠粘劑。 膠粘劑不但可以粘合性質(zhì)相同得材料 , 也可以粘合性質(zhì)不同得材料 , 具有諸如方便、 快速、 經(jīng)濟與節(jié)能等優(yōu)點。 以膠粘技術代替鉚、 焊、螺釘?shù)冉雍霞夹g , 可以提高勞動生產(chǎn)效率 , 減輕工件質(zhì)量。由于膠粘接合面寬 , 應力均勻 分散 ,膠接件得機械強度與耐疲勞性能特別強。在某些情況下,如薄膜

2、或片材得連接 ,要求密封、絕緣得連接等 , 都必須使用膠粘劑。 用膠粘劑加工制成得復合材料 , 具有某些優(yōu)異得性能 , 就是所使用得單種基材所不能比擬得。 因此 ,膠粘劑正在以迅猛得速度發(fā)展 , 在航天、原子能、 農(nóng)業(yè)、交通運輸、木材加工、建筑、輕紡、機械、電子、化工、醫(yī)療與文教等方面都具有廣 泛應用 , 產(chǎn)生了很大得經(jīng)濟與社會效益。環(huán)氧樹脂膠粘劑環(huán)氧樹脂主鏈上含有醚鍵與仲羥基、 端基為極為活潑得環(huán)氧基團。 其中得醚鍵與仲羥基為極性基團 , 可與多種表面之間形成較強得相互作用, 而環(huán)氧基團則可與介質(zhì)表面得活性基,特別就是無機材料或金屬材料表面得活性基起反應形成化學鍵 ,產(chǎn)生強力得粘結(jié) , 因此

3、環(huán)氧 樹脂具有突出得粘結(jié)力。它得使用溫度范圍為90130 C。因其配制得膠粘劑有著獨特得黏附力 ,并對多種材料具有良好得粘結(jié)性能 , 常稱“萬能膠”。此外, 環(huán)氧樹脂與所用固化劑得反 應就是通過直接合成來進行得 , 沒有水或其她揮發(fā)性副產(chǎn)物放出 , 因而其固化收縮率很低 , 小 于 2,比酚醛、聚酯樹脂還要小。 固化后得環(huán)氧樹脂體系化學穩(wěn)定性好 , 具有優(yōu)良得耐堿性、 耐酸性與耐溶劑性能 , 且在寬廣得頻率與溫度范圍內(nèi)具有良好得電絕緣性能。因此環(huán)氧樹脂 在航天工業(yè)、微電子工業(yè)以及在混凝土、 金屬、木材、塑料等領域中 , 都有普遍得應用 , 可用 作黏合劑、涂料、層壓材料、澆鑄、及模具材料等使用

4、。其中以雙酚 A 型環(huán)氧樹脂產(chǎn)量最大， 用途最為廣泛 , 有通用環(huán)氧樹脂之稱。雙酚 A 型環(huán)氧樹脂就是由環(huán)氧氯丙烷與雙 A2,2 雙 （4,4 二羥基苯基 ）丙烷 在氫氧化鈉作用下聚一、 實驗目得1、 了解苯酚與丙酮在酸催化下縮合制備雙酚A2,2 雙（4,4 二羥基苯基 ）丙烷 得原理與方 法。2、3、4、5、6、1、掌握雙酚 A 環(huán)氧樹脂膠粘劑得制備方法與實驗技術。 基本掌握機械攪拌、控溫反應與重結(jié)晶等基本操作。 學會用紅外光譜儀測定產(chǎn)品得結(jié)構(gòu)。掌握環(huán)氧值得測定方法 了解環(huán)氧樹脂膠粘劑得粘合性能。實驗原理膠粘劑概述膠粘劑又稱粘合劑 , 就是使物體與另一物體緊密連接為一體得非金屬媒介材料。在兩

5、個2、合而得得。反應機理如下:CH2CHCH2ClNaOHCH3CH2CHCH2CH3OCOCH2CHCHOCH3OH嚴_O- CH2CHCH2+H2OCH3原料配比不同，反應條件不同（如反應介質(zhì)、溫度與加料順序），可制得不同軟化點、 不同 分子量得環(huán)氧樹脂。工業(yè)上將軟化點低于 50 C （平均聚合度小于 2）得稱為低分子量樹脂或軟 樹脂；軟化點在 5095C 之間（平均聚合度在 25 之間）得稱為中等分子量樹脂；軟化點高于 100 C （平均聚合度大于 5）得稱為高分子量樹脂。環(huán)氧樹脂得分子量與單體得配料比有密切 關系，當反應條件相同，環(huán)氧氯丙烷與雙酚 A 得物質(zhì)得量得比越接近 1:1 時，

6、所得得樹脂分子 量就越大；堿得用量越多，環(huán)氧氯丙烷過量越多，所得樹脂得分子量就越低。本實驗制備得環(huán)氧樹脂， 就是低聚合度、 高環(huán)氧值得品種， 因此在反應中使用過量得環(huán)氧 氯丙烷。由于使用了過量得環(huán)氧氯丙烷，產(chǎn)物分子鏈兩端都帶環(huán)氧基。樹脂中環(huán)氧基得含量可以 計算產(chǎn)物分子量，樹脂分子量越高，環(huán)氧基含量相應降低。多數(shù)情況下固化劑用量與環(huán)氧基得 含量成正比，固化劑得用量對成品得機械加工性能影響很大，必須控制適當，環(huán)氧值不僅就是環(huán)氧樹脂質(zhì)量得重要指標之一 ，也就是計算固化劑用量得依據(jù)。環(huán)氧基含量可用環(huán)氧值或環(huán) 氧基得百分含量來描述。環(huán)氧基得百分含量就是指每100g 樹脂中所含環(huán)氧基得質(zhì)量。而環(huán)氧值就是指

7、每 100g 環(huán)氧樹脂所含環(huán)氧基得摩爾數(shù)。環(huán)氧值采用滴定得方法來獲得。相對分子質(zhì)量小于 1500 得環(huán)氧樹脂，其環(huán)氧值得測定用鹽酸-丙酮法。反應式為：CHCH3 + HCl /GIOH本實驗主要得副反應就是環(huán)氧氯丙烷得水解Ch2CH- CH,Cl +NaOH +H2。H-嚴OH OH OH由于氫氧化鈉主要存在于水相 ，而環(huán)氧氯丙烷與游離得雙酚 A 在有機相，所以只要采取 適當?shù)梅磻獥l件，副反應就可以得到控制。通常采用逐步加堿與控制反應溫度得方法來避免 副反應。3、環(huán)氧樹脂得固化機理環(huán)氧樹脂未固化時為熱塑性得線型結(jié)構(gòu) ，強度低，使用時必須加入固化劑。固化劑與環(huán)氧 基團反應，從而形成交聯(lián)得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

8、，成為不溶不熔得熱固性制品，具有良好得機械性能與尺 寸穩(wěn)定性。環(huán)氧樹脂得固化劑種類有很多，有多元胺、酸酸、酸酐等。使用多元胺固化時，固化反應為多元胺得氨基與環(huán)氧預聚體得環(huán)氧端基之間得加成反應。該反應無需加熱，可在室溫下進行，叫冷固化。當選用乙二胺作為室溫固化劑時，其固化機理如下：H2N-(CH2)2-NH2+CH2CH CHOHCH2CHCH2.CH2CHCHy* /N(CH2)2-NCH2CH-CH2/ CH2CHOH用多元羧酸或酸酐固化時,交聯(lián)固化反應就是羧基與預聚體上仲羥基及環(huán)氧基之間得反 應,需在加熱條件下進行，稱為熱固化。4、雙酚 A 得制備雙酚 A 就是制備環(huán)氧樹脂、聚砜及聚碳酸酯

9、得重要原料，可用苯酚與丙酮在酸催化下發(fā)生縮合反應制得。苯酚得鄰、對位氫原子特別活潑 ，可與羰基化合物（醛與酮）發(fā)生縮合反應。HOD80%H2SO4,助催化 劑H -3540叱OHCH3CH3實驗儀器與試劑1、 雙酚 A 得制備及表征：儀器：三口燒瓶（100ml），燒杯，控溫儀，機械攪拌器（或電磁攪拌器），減壓泵，錐形瓶，溫度計，熔點測定裝置，溫度計（200 C）。試劑：苯酚，丙酮，甲苯，濃硫酸。2、 雙酚 A 環(huán)氧樹脂得制備：儀器:三頸瓶（100mL），攪拌器，溫度計（2 支），回流冷凝管，滴液漏斗（60mL），恒溫?。? 套），分 液漏斗（250mL,1 個）,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，表面皿試劑：雙酚

10、A（11g）,環(huán)氧氯丙烷（14g）,乙二胺（0、1g）,甲苯，氫氧化鈉水溶液（4gNaOH 溶于 10mL水）,甲苯 30mL,蒸餾水3、 環(huán)氧值得測定儀器:碘瓶（125mL,2 個）,移液管，堿式滴定管，錐形瓶（2 個）試劑：酚酞指示劑、NaOH 乙醇（100mL）,濃鹽酸，丙酮（80mL）,標準鄰苯二甲酸氫鉀 實驗內(nèi)容雙酚 A 得制備及提純雙酚 A 得結(jié)構(gòu)表征雙酚 A 環(huán)氧樹脂得制備環(huán)氧值得測定雙酚 A 環(huán)氧樹脂應用試驗實驗步驟四、1.2.3.4.5.五、OHOH1.雙酚 A 得制備與表征圖 1A 將 100ml 三頸瓶稱量并記錄。在三口瓶上裝置機械攪拌器，溫度計與滴液漏斗（如圖 2）加入

11、 11g 雙酚 A,14g 環(huán)氧氯丙烷，開動攪拌，水浴加熱升溫至 75 C ,使雙酚 A 全部溶解。B 用 4g NaOH 溶于 10mL 蒸餾水中，配成堿液。將 NaOH 水溶液加入到滴液漏斗中，自滴液漏 斗中緩慢加入氫氧化鈉溶液至反應瓶中 ，注意保持反應溫度在 70 C 左右，約 0、5 h 滴加完畢。 由于環(huán)氧氯丙烷開環(huán)就是放熱反應 ，體系溫度自動升高，須注意控制溫度。所以開始必須加得 很慢,以防止反應濃度過大凝成固體難以分散。C 滴加完畢后，將滴液漏斗換成回流冷凝管 （如圖 2）,在 7580C 繼續(xù)反應 1、52 h,（溫 度不要超過 80 C ）,可觀察到反應混合物呈乳黃色。停止加

12、熱D 向反應瓶中加入 15mL 蒸餾水與,冷卻至室溫。30mL 甲苯，充分攪拌后，倒入 150mL 得分液漏斗中，靜置,分離出水層，油層用蒸餾水洗滌數(shù)次，直至水層為中性且無氯離子 （用 AgNO 溶液檢測）。將分 出得有機層用常壓蒸餾方法除去苯、E、 將三頸瓶連同樹脂稱量，計算產(chǎn)率。F.雙酚 A 得表征測定樣品得熔點：用 DSC 測定雙酚 A 得熔點。測定雙酚 A 得紅外光譜。注意事項：1、 苯酚有很強得腐蝕性，使用時要注意安全2、濃硫酸滴加時不能太快，防止放出得熱使苯酚氧化。3、加堿后，混合物迅速升溫。為使反應溫度不超過度得降低，加堿可適當?shù)乜煨?、分液漏斗使用前應檢查蓋子與活塞就是否匹配

13、后放氣。2、環(huán)氧值得測定A NaOH 乙醇溶液得標定：在錐形瓶中準確稱量 氫鉀固體，加入適量水溶解，滴 3 滴酚酞作指示劑 共測兩次。B 取 125mL 碘瓶兩只，各準確稱取環(huán)氧樹脂約水與未反應得環(huán)氧氯丙烷。得到淡黃色粘稠得環(huán)氧樹脂。70 C ,初期加堿要慢，以后隨著反應物濃,活塞要涂上凡士林，使用時振蕩搖晃幾下2g （精確到毫克,約 0、01mol）鄰苯二甲酸 ,用 NaO 疋醇溶液滴定,直至溶液剛好變紅。-丙酮溶液，加蓋搖動使樹脂完全溶解。在陰涼處放置約得 NaOH 乙醇溶液滴定，同時按照上述條件作空白對比兩個。環(huán)氧值 E 按下式計算：1g（精確到 mg）,用移液管分別加入 25mL 鹽酸

14、1 h,加酚酞指示劑 3 滴,用已標定式中 V1空白滴定所消耗 NaOH 溶液體積,mLV2樣品消耗得 NaOH 溶液體積,mL;C NaOH 溶液得濃度,mol 1;m 樹脂質(zhì)量,g注意事項 :A. 鹽酸丙酮溶液：將 2mL 濃鹽酸溶于 80mL 丙酮中,混合均勻?，F(xiàn)配現(xiàn)用。B. NaOH 乙醇溶液：將 4g NaOH 溶于 100mL 乙醇中,以酚酞作指示劑,用標準鄰苯二甲酸氫鉀溶 液標定?，F(xiàn)配現(xiàn)用。兩個注意得 ： 一個先把環(huán)氧樹脂溶了 ; 鄰苯二甲酸氫鉀要精確稱量 粘結(jié)得玻璃片掰一掰試試強度3、 環(huán)氧樹脂粘結(jié)實驗取兩塊玻璃片洗凈表面 （ 或取兩塊鋁板用丙酮將表面擦拭干凈 ）, 用干凈得表

15、面皿稱取1、3g 環(huán)氧樹脂，加入乙二胺 0、1g,用玻璃棒調(diào)與均勻。 將少量環(huán)氧樹脂薄而均勻地涂敷于 兩塊材料得表面，膠層要薄而均勻（約 0、1mm），將兩塊板對接合攏，并用夾具固定，室溫待其 固化,觀察其粘結(jié)效果。注意事項 ：A、 應用實驗可用鋼鐵、玻璃、聚氯乙烯塑料、瓷片等作為膠接對象。膠接前, 應先對被粘物得表面進行處理 ：用去污粉將被粘接件表面刷洗干凈 ,或用溶劑 （如丙酮等 ）去除油污。 當被 粘件有鐵銹或其她不能洗去得玷污物時 , 可用砂紙或其它類似物將被粘物表面打磨 , 以去除 污物與弱表面層 , 并使被粘物表面粗糙化。具有一定粗糙度得表面有利于增大膠粘劑得接觸 面積與鑲嵌得機械作用力。進一步得操作還可用化學藥劑處理 , 以除去難除得污物與增加被 粘表面得極性。