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双酚A环氧树脂胶粘剂的制备

实验目的

1.了解苯酚和丙酮在酸催化下缩合制备双酚A[2,2-双(4,4’

2.掌握双酚A环氧树脂胶粘剂的制备方法和实验技术。

3、基本掌握机械搅拌、控温反应和重结晶等基本操作。

4、学会用红外光谱仪测定产品的结构。

5.掌握环氧值的测定方法

6.了解环氧树脂胶粘剂的粘合性能。

实验原理

1.胶粘剂概述

胶粘剂又称粘合剂，是使物体与另一物体紧密连接为一体的非金属媒介材料。在两个被粘物面之间胶粘剂只占很薄的一层体积，但使用胶粘剂完成胶接施工之后，所得胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能满足实际需要的各项要求。

胶粘剂有广泛的用途和大量的品种，与我们的日常生活关系密切。例如墙纸的粘合、地毯的粘合、玻璃和陶瓷的粘合等等，都要用到胶粘剂。胶粘剂不但可以粘合性质相同的材料，也可以粘合性质不同的材料，具有诸如方便、快速、经济和节能等优点。以胶粘技术代替铆、焊、螺钉等接合技术，可以提高劳动生产效率，减轻工件质量。由于胶粘接合面宽，应力均匀分散，胶接件的机械强度和耐疲劳性能特别强。在某些情况下，如薄膜或片材的连接，要求密封、绝缘的连接等，都必须使用胶粘剂。用胶粘剂加工制成的复合材料，具有某些优异的性能，是所使用的单种基材所不能比拟的。因此，胶粘剂正在以迅猛的速度发展，在航天、原子能、农业、交通运输、木材加工、建筑、轻纺、机械、电子、化工、医疗和文教等方面都具有广泛应用，产生了很大的经济和社会效益。

2.环氧树脂胶粘剂

环氧树脂主链上含有醚键和仲羟基、端基为极为活泼的环氧基团。其中的醚键和仲羟基为极性基团，可与多种表面之间形成较强的相互作用，而环氧基团则可与介质表面的活性基，特别是无机材料或金属材料表面的活性基起反应形成化学键，产生强力的粘结，因此环氧树脂具有突出的粘结力。它的使用温度范围为90～130℃。因其配制的胶粘剂有着独特的黏附力，并对多种材料具有良好的粘结性能，常称“万能胶”。此外，环氧树脂和所用固化剂的反应是通过直接合成来进行的，没有水或其他挥发性副产物放出，因而其固化收缩率很低，小于2％，比酚醛、聚酯树脂还要小。固化后的环氧树脂体系化学稳定性好，具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性能，且在宽广的频率和温度范围内具有良好的电绝缘性能。因此环氧树脂在航天工业、微电子工业以及在混凝土、金属、木材、塑料等领域中，都有普遍的应用，可用作黏合剂、涂料、层压材料、浇铸、及模具材料等使用。其中以双酚A型环氧树脂产量最大，用途最为广泛，有通用环氧树脂之称。双酚A型环氧树脂是由环氧氯丙烷与双A[2,2-双(4,4’

原料配比不同，反应条件不同（如反应介质、温度和加料顺序），可制得不同软化点、不同分子量的环氧树脂。工业上将软化点低于50℃（平均聚合度小于2）的称为低分子量树脂或软树脂；软化点在50～95℃之间（平均聚合度在2～5之间）的称为中等分子量树脂；软化点高于100

本实验制备的环氧树脂，是低聚合度、高环氧值的品种，因此在反应中使用过量的环氧氯丙烷。

由于使用了过量的环氧氯丙烷，产物分子链两端都带环氧基。树脂中环氧基的含量可以计算产物分子量，树脂分子量越高，环氧基含量相应降低。多数情况下固化剂用量与环氧基的含量成正比，固化剂的用量对成品的机械加工性能影响很大，必须控制适当，环氧值不仅是环氧树脂质量的重要指标之一，也是计算固化剂用量的依据。环氧基含量可用环氧值或环氧基的百分含量来描述。环氧基的百分含量是指每100g树脂中所含环氧基的质量。而环氧值是指每100g环氧树脂所含环氧基的摩尔数。环氧值采用滴定的方法来获得。

相对分子质量小于1500的环氧树脂，其环氧值的测定用盐酸－丙酮法。反应式为：

本实验主要的副反应是环氧氯丙烷的水解：

由于氢氧化钠主要存在于水相，而环氧氯丙烷和游离的双酚A在有机相，所以只要采取适当的反应条件，副反应就可以得到控制。通常采用逐步加碱和控制反应温度的方法来避免副反应。

3.环氧树脂的固化

环氧树脂未固化时为热塑性的线型结构，强度低，使用时必须加入固化剂。固化剂与环氧基团反应，从而形成交联的网状结构，成为不溶不熔的热固性制品，具有良好的机械性能和尺寸稳定性。环氧树脂的固化剂种类有很多，有多元胺、酸酸、酸酐等。

使用多元胺固化时，固化反应为多元胺的氨基与环氧预聚体的环氧端基之间的加成反应。该反应无需加热，可在室温下进行，叫冷固化。当选用乙二胺作为室温固化剂时，其固化机理如下：

用多元羧酸或酸酐固化时，交联固化反应是羧基与预聚体上仲羟基及环氧基之间的反应，需在加热条件下进行，称为热固化。

4.双酚A的制备

双酚A是制备环氧树脂、聚砜及聚碳酸酯的重要原料，可用苯酚与丙酮在酸催化下发生缩合反应制得。

苯酚的邻、对位氢原子特别活泼，可与羰基化合物（醛和酮）发生缩合反应。

实验仪器和试剂