環氧樹脂的主要應用領域及技術開發動向

環氧樹脂的主要應用領域環氧樹脂優良的物理機械和電絕緣性能、與各種材料的粘接性能、以及其使用工藝的靈活性是其他熱固性塑料所不具備的。因此它能製成塗料、複合材料、澆鑄料、膠粘劑、模壓材料和注射成型材料，在國民經濟的各個領域中得到廣泛的應用。①塗料環氧樹脂在塗料中的應用占較大的比例，它能製成各具特色、用途各異的品種。其共性：(1)耐化學品性優良，尤其是耐鹼性。(2)漆膜附著力強，特別是對金屬。(3)具有較好的耐熱性和電絕緣性。(4)漆膜保色性較好。但是雙酚A型環氧樹脂塗料的耐候性差，漆膜在戶外易粉化失光又欠豐滿，不宜作戶外用塗料及高裝飾性塗料之用。因此環氧樹脂塗料主要用作防腐蝕漆、金屬底漆、絕緣漆，但雜環及脂環族環氧樹脂製成的塗料可以用於戶外。②膠粘劑環氧樹脂除了對聚烯烴等非極性塑料粘結性不好之外，對於各種金屬材料如鋁、鋼、鐵、銅；非金屬材料如玻璃、木材、混凝土等；以及熱固性塑料如酚醛、氨基、不飽和聚酯等都有優良的粘接性能，因此有萬能膠之稱。環氧膠粘劑是結構膠粘劑的重要品種。環氧樹脂膠粘劑的主要用途見表l-1、表l-2及表l-3。表1-1 環氧樹脂膠粘劑的主要用途應用領域被粘材料主要特徵主要用途土木建築混凝土，木，金屬，玻璃，熱固性塑低黏度，能在潮濕面（或水中）固化，低溫固化性混凝土修補（新舊面的銜接），外牆裂縫修補，嵌板的粘結，下水道管的連接，地板粘結，建築結構加固。電子電器金屬、陶瓷，玻璃，FRP等勢固性塑料電絕緣性、耐濕性，耐熱衝擊性，耐熱性，低腐蝕性電子元件，集成電路，液晶屏，光碟，揚聲器，磁頭，鐵芯，電池盒，拋物面天線，印製電路板航天航空金屬，熱固性塑料，FRP（纖維增強塑料）耐熱，耐衝擊，耐濕性，耐疲勞，耐輻射線同種金屬、異種金屬的粘接，蜂窩芯和金屬的粘接，複合材料，配電盤的粘接汽車機械金屬，熱固性塑料，FRP耐濕性，防鏽，油麵粘接，耐磨耐久性（疲勞特性）車身粘結，薄鋼板補強，FRP粘結，機械結構的修復、安裝體育用品金屬，木，玻璃，熱固性塑料，FRP耐久性，耐衝擊性滑雪板，高爾夫球杆，網球拍其 他金屬，玻璃，陶瓷低毒性，不泛黃文物修補，家庭用③電子電器材料由於環氧樹脂的絕緣性能高、結構強度大和密封性能好等許多獨特的優點，已在高低壓電器、電機和電子元器件的絕緣及封裝上得到廣泛應用，發展很快。主要用於：(1)電器、電機絕緣封裝件的澆注。如電磁鐵、接觸器線圈、互感器、乾式變壓器等高低壓電器的整體全密封絕緣封裝件的製造。在電器工業中得到了快速發展。從常壓澆注、真空澆注已發展到自動壓力凝膠成型。表1-2 環氧膠粘劑在土木建築上的主要用途工程類別粘接對象典型用途主要組成基礎結構岩石—岩石金屬—石或混凝土金屬—混凝土金屬—金屬疏鬆岩層的補強、基礎加固、預埋螺栓、底腳等，柱子、樁頭、接長、懸臂樑加粗、橋樑加固、路面設施敷設環氧—稀釋劑—改性胺環氧—填料—改性胺雙酚S環氧—縮水甘油胺樹脂—丁基橡膠—改性胺地面瓷、花崗石—混凝土金屬—混凝土砂石—混凝土PVC—橡膠—金屬耐腐蝕地坪製造中粘結構及勾縫；地面防滑和美化、凈化；地板的鋪設環氧—填料—改性胺環氧—聚硫橡膠—改性胺丙烯酸酯—環氧共聚乳液維修混凝土、鋼筋、灰漿堤壩、閘門、建築物的裂縫、缺損、起殼的修復，新舊水泥粘接環氧—糖醇—改性胺環氧—瀝青—改性胺環氧—活性石灰—改性胺裝璜金屬、玻璃、大理石、瓷磚有機玻璃、聚碳酸酯牆面、門面、招牌、廣告牌的安裝和裝潢環氧—聚氯酯環氧—有機硅橡膠給排水金屬、混凝土管道、水渠襯裡，管接頭密封環氧—改性芳香胺表1-3 環氧膠粘劑在汽車上的主要用途用途被粘材料粘結部位典型組成卷邊、點焊鋼板—鋼板發動機罩、門、行李箱底單組分、環氧—聚氯酯補強鋼板—FRP鋼板—發泡材料門中部門把手環氧—偏硼酸三甲酯環氧—聚醯胺結構粘接碳、玻璃纖維，鋼，生鐵驅動軸、剎車片單組分環氧原漿料粘結密封FRP—塗裝鋼板車頂—窗框環氧—聚硫橡膠裝飾粘接聚丙烯酸酯—聚丙烯後背燈座改性環氧樹脂(2)廣泛用於裝有電子元件和線路的器件的灌封絕緣。已成為電子工業不可缺少的重要絕緣材料。(3)電子級環氧模塑料用於半導體元器件的塑封。近年來發展極快。由於它的性能優越，大有取代傳統的金屬、陶瓷和玻璃封裝的趨勢。(4)環氧層壓塑料在電子、電器領域應用甚廣。其中環氧覆銅板的發展尤其迅速，已成為電子工業的基礎材料之一。此外，環氧絕緣塗料、絕緣膠粘劑和電膠粘劑也有大量應用。④工程塑料和複合材料環氧工程塑料主要包括用於高壓成型的環氧模塑料和環氧層壓塑料，以及環氧泡沫塑料。環氧工程塑料也可以看作是一種廣義的環氧複合材料。環氧複合材料主要有環氧玻璃鋼(通用型複合材料)和環氧結構複合材料，如拉擠成型的環氧型材、纏繞成型的中空迴轉體製品和高性能複合材料。環氧複合材料是化工及航空、航天、軍工等高技術領域的一種重要的結構材料和功能材料。⑤土建材料主要用作防腐地坪、環氧砂漿和混凝土製品、高級路面和機場跑道、快速修補材料、加固地基基礎的灌漿材料、建築膠粘劑及塗料等。

環氧樹脂應用技術開發動向環氧樹脂技術開發動向向高性能化、高附加值發展，重視環境保護和生產的安全性。特殊結構環氧樹脂和助劑產品向著精細化、功能化、能在特殊環境下固化發展。固化產物具有高韌性、高強度、耐輻照、耐高低溫方向發展。由此特種樹脂、固化劑、稀釋劑的品種將會有更大發展，形成多品種小批量的生產格局。隨著高分子物理學近期的發展，品種的發展已集中於採用化學或非化學合成的方法，通過共混、合金的手段來製得環氧-橡膠、環氧-熱塑性塑料、各種有機無機的填充料複合物以及環氧樹脂基無機納米複合材料。①塗料環氧塗料的發展趨勢是降低話染、提高質量和安全性、開拓功能住。重點開發罐用塗料t防腐塗料、功能性塗料和環保型塗料及其推廣應用。特別是其中水性環氧體系的品種開發和質量提高，將會在汽車工業(如電泳塗料)、家電行業、食品行業(如罐用塗料)、化學工業(如防腐塗料)、建築行業(如地坪塗料、建築膠黏劑、環氧砂漿及混凝土)等應用領域獲得突破性進展。②電子材料隨著電子設備向小型化、輕量化、高性能化和高功能化的發展，電子器件也相應向高集成化、薄型化、多層化方向發展，因此要求提高環氧封裝材料和覆銅扳的耐熱性、介電性能和韌性，降低吸水性和內應力。當前開發的重點是高純度、高耐熱性、低吸水性和高韌性的環氧樹脂和固化劑。例如在環氧樹脂和固化劑中引入案、雙環戊二烯、聯苯、聯苯醚、芴等骨架可大大提高環氧固化物的耐部件和電性能，降低明水率。此外、開演陰燃環氣體系的研究開發也引起園內外的極大關注。③高性能環氧複合材料高性能環氧複合材料的研究重點是提高耐濕熱性、衝擊後壓縮強度及層間力學性能。為了提高耐濕熱性，正如同環氧電子材料那樣，可向環氧樹脂和固化劑中引入荼、雙環戊二烯、聯苯、聯苯醚、苗等骨架。為了提高衝擊後壓縮強度和居間力學性能，可採用提高環氧固化物斷裂韌性的方法，通常是在環氧樹脂中加入橡膠或耐熱性熱塑性樹脂，形成海島結構或互穿網路結構的多相體系。④防火性環氧材料惡性火災的不斷發生使人們逐漸認識到材料僅具有阻燃性還遠遠不能達到防止火災的目的。對飛機材料率先提出應具有防火性要求，即具有難燃(阻燃)、少煙、低毒(產生的氣體毒性小)、低熱釋放率等性能要求。防火性環氧材料的研製開發，不僅對航空、航天，而且對車輛、船舶、家電、高層及公共場所建築等領域都具有極大的重要性。⑤液晶環氧樹脂液晶環氧樹脂是一種高度分子有序、深度分子交聯的聚合物網路，它融合了液晶有序與網路交聯的優點，與普通環氧樹脂相比，其耐熱性、耐水性和耐衝擊性都大為改善，可以用來製備高性能複合材料；同時，液晶環氧樹脂在取向方向上線膨脹係數小，而且其介電強度高、介電損耗小，可以使用在高性能要求的電子封裝領域，是一種具有美好應用前景的結構和功能材料，受到國內外的重視。液晶環氧樹脂的研究開始較晚，尚不成熟。從理論角度而言，固化工藝對固化過程中體系有序度的影響是值得深入研究的一個問題。初始反應體系的相態可以影響反應速度，而反應速度的快慢也影響到固化樹脂的有序度，需要有確切的有序度和交聯度的數據，目前尚未解決。從性能研究和開發角度而言，尚未有系統地表徵液晶環氧樹脂力學和電性能的報道，同時，利用液晶環氧樹脂對普通環氧樹脂進行改性是實現環氧樹脂高性能化的一個可行途徑，具有重要的應用價值。⑥環氧樹脂無機納米複合材料納米材料和納米複合材料是近20年來迅速發展起來的一種新型高性能材料，是當今新材料研究中活力最大、對未來經濟和科技發展有十分重要影響的領域。日本把它列為材料科學四大研究任務之一，美國「星球大戰」、歐洲「尤里卡」計劃均將它列為重點項目，我國在攀登計劃中也設立了納米材料學科組。納米材料是一種超細粒子材料，其粒徑為1-l00mm。因此，它的比表面積很大，表面能很高，表面原子嚴重配位不足，具有很強的表面活性和超強吸附能力。並具有常規材料所不具有的特殊性能，如體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和介電限域效應等。從而使納米材料具有微波吸收性能、高表面活性、強氧化性、超順磁性等，以及特殊的光學性質、催化性質、光催化性質、光電化學性質、化學反應性質、化學反應動力學性質及特殊的物理機械性質。納米材料的應用將是傳統材料，尤其是功能材料的一次革命。納米材料用於複合材料中也將使複合材料的發展產生難以預料的巨大變化。納米複合材料(nanocomposite)可分為兩大類，一類是由金屬/陶瓷、金屬/金屬、陶瓷/陶瓷組成的無機納米複合材料；另一類是由聚合物/無機、聚合物/聚合物組成的聚合物納米複合材料。聚合物納米複合材料的研究起步較晚，但近2—3年發展相當迅速。用於環氧樹脂納米複合材料的無機納米材料有Si02、Ti02、Al2O3、CaCO3、ZnO、黏土等。初步研究結果表明，納米材料能大大提高環氧複合材料的力學性能、耐熱性、韌性、抗劃痕能力等性能，能同時達到提高耐熱性和韌性的效果。當前環氧納米複合材料的研究重點是納米材料在基體中均勻分散的方法；複合方法、複合效應、複合規律和複合機理的研究；環氧納米複合材料的應用研究。納米材料和技術為環氧塗料、膠粘劑、電子材料、塑料、複合材料和功能材料的發展增添了高科技含量，開闢了一條新的途徑，必將使環氧材料的發展和應用產生巨大的變化。⑦蔗糖基環氧單體和環氧化合物兩組蔗糖基環氧單體，命名為環氧烯丙基蔗糖(EAS)和環氧丁烯基蔗糖(ECS)，分別由辛烷氧基辛丙基蔗糖(OAS)和辛烷氧基丁烯基蔗糖(OCS)環氧化製備。合成和結構特性研究表明，新型環氧單體是結構同分異構體和非對稱異構體構成的混合物，每個蔗糖分子上含有各不相同數量的環氧基。EAS和ECS可製備成平均每個蔗糖分子含1至8個環氧基的環氧化合物。二乙烯三胺（DETA）固化的蔗糖基環氧聚合物大約在320℃開始降解，它可粘接鋁材、玻璃和鋼材。相對搭接抗剪試驗（ASTMD1002 94）表明，DETA固化環氧烯丙基蔗糖，每個蔗糖分子平均3.2個環氧基團（EAS-3.2），其固化物與雙酚A二縮水甘油醚相比屬於彈性粘接，而DETA固化ECS-7.3性能比DGEBA和EAS-3.2都好。所有蔗糖基環氧都可以交聯固化且溶於水、二甲基甲醯胺、四氫呋喃、丙酮和二氯甲烷。
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