环氧树脂

“ 5分钟”环氧胶的注射器,其中包含环氧树脂和硬化剂的单独隔室
环氧基团的结构,这是所有环氧树脂中存在的反应性官能团

环氧树脂环氧树脂基本成分或固化最终产品的家族。环氧树脂,也称为多层氧化物,是一类反应性前聚合物和包含环氧基团的聚合物。环氧功能组也被统称为环氧树脂。环氧基团的IUPAC名称是黄氧烷

环氧树脂可以通过催化均聚物化或与包括多功能胺,酸(和酸性酸酐),酚类,醇和硫醇(有时称为近载体)的广泛共反应剂相反应(交联)。这些共反应物通常称为硬化剂或疗法,交联反应通常称为固化

多层氧化物与自身或多功能硬化剂的反应形成热固性聚合物,通常具有有利的机械性能以及高热和化学性。环氧树脂具有广泛的应用,包括金属涂料,复合材料,用于电子产品,电气组件(例如,板上的芯片),LED,高压电绝缘子绘画刷制造,纤维增强的塑料材料以及用于结构和结构和结构和结构的粘合剂其他目的。

与环氧树脂化合物接触有关的健康风险包括接触性皮炎和过敏反应,以及呼吸蒸气和打磨灰尘的呼吸道问题,尤其是当未完全治愈时。

历史

1934年,德国的保罗·施拉克(Paul Schlack)于1934年首次报导了环氧化物和胺的浓缩。发现基于双酚A的索赔要求,基于双酚A的环氧树脂树脂包括1943年的皮埃尔·卡斯坦( Pierre Castan) 。卡斯坦(Castan)的工作是由瑞士有限公司( Ciba )的工作许可的。成为全球三个主要的环氧树脂生产商之一。 CIBA的环氧树脂业务在1990年代后期以Vantico的身份开发,该公司随后于2003年出售,并成为美国Huntsman Corporation的高级材料业务部门。 1946年,在Devoe&Raynolds Company工作的Sylvan Greenlee获得了衍生自双酚A和Epichlorohydrin的专利树脂。在环氧树脂行业早期活跃的Devoe&Raynolds被卖给了Shell Chemical ;最终卖出了这项工作的部门,通过一系列其他公司交易,现在已成为Hexion Inc.的一部分。

化学

羟基与上氯二醇的偶联反应,然后进行脱氢征

大多数商业使用的环氧单体都是由化合物与酸性羟基环氯羟基蛋白的反应产生的。首先,羟基在与上氯二醇的偶联反应中反应,然后进行脱氢征作。从这种环氧单体产生的环氧树脂称为基于糖基的环氧树脂。羟基可以源自脂肪族二醇,多元醇(聚醚多元),酚类化合物二羧酸。苯酚可以是化合物,例如双酚ANovolak 。多元醇可以是1,4-丁烷二醇等化合物。二醇和多元醇导致糖基醚。二羧酸(例如六氢丙酸)用于二酰胺酯树脂。酰胺的氮原子也可以与上氯二醇反应,而不是羟基。

通过使用peracid合成环氧化物

环氧树脂树脂的另一个生产途径是脂肪族或环烷烃与厌氧剂的转化:与基于糖基的环氧树脂相比,这种环氧单体的产生不需要酸性氢原子,而是脂肪型双键。

环氧基团有时也称为阿氧烷基团。

基于双酚

双苯酚A二甘油醚的合成

最常见的环氧树脂基于与双酚A的反应,从而产生了一种称为双酚A二甘油乙醚(通常称为徽章或DGEBA)的不同化学物质。基于双酚A的树脂是最广泛的商业化树脂,但其他双酚也与上氯二醇(例如双酚F)类似地反应。

在这种两阶段的反应中,首先将上氯羟基醇添加到双酚A(BIS(3-氯-2-羟基丙氧基)双酚A)中,然后形成双氧化物,在用浓度的氢含量氢氧化物中形成双氧化物。氯原子作为氯化钠(NaCl)和氢原子作为水释放。

较高的分子量二甘油乙基醚(n≥1)是由双苯酚A二氨基醚的反应形成的。

与高摩尔质量的双苯酚-A-二甘油乙醚合成

包含几个重复单元( n = 1至2)的产品是一种粘性,透明的液体。这称为液体环氧树脂。包含更多重复单元( n = 2至30)的产品在室温下是无色固体,该固体被相应地称为固体环氧树脂。

其他双酚(尤其是双球醇F )或溴化双酚(例如四抗苯酚A )代替双酚A,可以用于上述环氧化和前聚合。 Bisphenol F可能会以类似于Bisphenol A的方式进行环氧树脂形成。这些树脂通常比Bisphenol A树脂具有较低的粘度和平均环氧含量的较高,这(曾经治愈)使它们具有较高的化学耐药性。

重要的环氧树脂是通过结合环氯二醇双酚A产生的,从而使双苯酚二甘油二甘油乙醇

双酚-A二甘油醚环氧树脂的结构: N表示聚合亚基的数量,通常在0到25范围内

在制造过程中,增加双酚A与环氯氢蛋白的比率会与糖基端基团产生较高的分子量线性聚乙烯基团,这些糖基团基团在室温下在室温下半固体到硬结晶材料,这取决于所达到的分子量。这种综合途径被称为“太妃糖”过程。通往较高分子量环氧树脂的通常途径是从液体环氧树脂(LER)开始,并添加计算出的双酚A,然后添加催化剂,然后将反应加热至160°C(320°F)。这个过程称为“进步”。随着树脂的分子量增加,环氧化物含量减少,材料的行为越来越像热塑性。非常高的分子量聚合物(约30,000–70,000 g/mol)形成一种称为苯氧树脂的类,几乎没有环氧基团(因为与分子的总尺寸相比,末端环氧基团微不足道)。但是,这些树脂确实在整个主链中都含有羟基,这也可能经历其他交联反应,例如氨基成形剂,酚类和异氰酸酯

环氧树脂是聚合物或半聚合物材料或低聚物,并且很少作为纯物质存在,因为可变的炼长由用于产生它们的聚合反应引起。可以为某些应用产生高纯度等级,例如使用蒸馏纯化过程。高纯度液体等级的一个缺点是由于其高规律的结构,它们趋于形成结晶固体,然后需要熔化才能进行处理。

环氧树脂的重要标准是环氧树脂与环氧基团含量相关的环氧树脂值。这表示为“环氧化物当量的重量”,即ror的分子量与环氧基团的数量之间的比率。该参数用于计算固化环氧树脂时使用的共反应(硬质)的质量。环氧树脂通常用化学计量学或接近化学计量的硬化量固化,以达到最佳的物理特性。

诺华

Novolak的一般结构通常在0到4的范围内。该化合物以各种构造异构体的形式存在。

Novolaks是通过与甲醇反应(甲醛)反应产生的。环氯二醇诺华的反应产生具有糖型残基的novolaks,例如环氧苯酚Novolak(EPN)或环氧树脂Novolak(ECN)。这些高度粘在固体树脂通常每个分子携带2至6个环氧基团。通过固化,高温和耐化学性的高度交联聚合物,由于功能高而形成了低机械柔韧性,因此这些树脂的交联密度很高。

脂肪族

3,4-环环甲基甲基-3',4'-环氧环己烷羧酸盐的结构公式

脂肪族环氧树脂有两种常见类型:通过双键(环脂蛋白环氧化物和环氧化植物油)获得的一种常见类型,以及通过与上皮氯二醇(乙二醇乙醇和酯)反应形成的脂肪型环氧树脂。

环脂环氧化物包含一个或多个脂肪族环在其上包含的分子中(例如3,4-甲基氧基甲基甲基甲基-3',4'--环氧甲己烷羧酸酯)。它们是由环烯烃与peracid的反应产生的(见上文)。环脂环氧化物的特征是它们的脂肪族结构,高氧含量和缺乏氯,这会导致粘度低,并且(曾经固化)良好的天气抗性,低介电常数和高t g 。但是,脂肪族环氧树脂在室温下聚合非常缓慢,因此通常需要更高的温度和合适的加速器。由于脂肪族环氧树脂的电子密度低于芳香剂,因此环脂环氧树脂与亲核者的反应低于基于双苯酚A的基于芳基的环氧树脂(具有芳族醚基)。这意味着常规的亲核硬脂剂(例如胺)几乎不适合交联。因此,环脂环氧化物通常在亲电或阳离子反应中热聚合或紫外线染色。由于介电常数低和缺乏氯,因此经常使用环化脂蛋白环氧化物封装电子系统,例如微芯片或LED。它们还用于辐射固定油漆和清漆。但是,由于价格高,到目前为止,它们的使用仅限于此类应用。

环氧化的植物油是通过与peracid反应对不饱和脂肪酸的环氧化形成的。在这种情况下,也可以通过将羧酸与过氧化氢反应,在原位形成peracids。与LERS(液体环氧树脂)相比,它们的粘度非常低。但是,如果它们以较大比例用作反应性稀释剂,则通常会导致化学和热耐药性降低,并导致固化的环氧化物的机械性能较差。大规模的环氧化植物油(例如环氧大豆和晶状体油)在很大程度上用作二级增塑剂和PVC的成本稳定剂。

低摩尔质量(单,双性能或多功能)的脂肪族糖基环氧树脂是由环氯氢醇与脂族醇或多醇或多醇(形成糖基乙醇形成)或与脂肪族羧酸(糖基酯(Gycidyl酯形成)的反应形成的。该反应是在存在碱(例如氢氧化钠)的情况下进行的,类似于形成双苯酚A-二甘油乙醚。与芳香族环氧树脂相比,脂肪族糖基质树脂通常具有低粘度。因此,它们被添加到其他环氧树脂作为反应性稀释剂或粘附启动子中。还添加了由(长链)多元醇制成的环氧树脂,以提高拉伸强度和撞击强度。

一个相关类别是环脂环氧树脂树脂,该树脂在分子中包含一个或多个环脂环(例如3,4-甲氧基甲基甲基甲基甲基-3,4-甲基环氧烷羧酸甲酯)。该类还显示出在室温下较低的粘度,但比脂肪族环氧稀释剂具有明显更高的温度抗性。但是,与其他类别的环氧树脂相比,反应性相当低,通常需要使用合适的加速器进行高温固化。由于在这些材料中不像双酚A和F树脂一样存在芳香性,因此紫外线稳定性得到了显著提高。

卤素

将卤代环氧树脂与特殊特性混合在一起,尤其是溴化和氟化的环氧树脂。

当需要阻燃特性时,使用溴化的双酚A,例如在某些电气应用中(例如印刷电路板)。四抗双酚A(TBBPA,2,2-双(3,5-纤维苯基)丙烷)或其二甘联乙醚,2,2-双基[3,5-二纤维素-4-(2 ,3---蛋白酶)苯基]苯基苯基丙烷,可以添加到环氧配方中。然后,该配方可以与纯双酚A相同的方式反应。一些(非交联)环氧树脂具有非常高的摩尔质量的环氧树脂被添加到工程热塑性塑料中,以实现阻燃性特性。

已经研究了一些高性能应用的氟化环氧树脂,例如氟化二氟丙基丙基丙基1,3-双基[2-(2,3-钙氧基)六氟洛罗-2-蛋白酶]苯。由于其表面张力较低,因此将其添加为润湿剂(表面活性剂),以接触玻璃纤维。它对硬醇A的反应性与双酚A相当。固化后,环氧树脂会导致具有高耐化学性和低吸收的热固性塑料。但是,氟化环氧树脂的商业用途受其高成本和低T g的限制。

稀释剂

环氧树脂稀释剂通常是由脂族醇或多元醇和芳香醇的糖苷化形成的。所得的材料可以是单功能的(例如十二烷醇甘氨酸醚),功能官( 1,4-丁烷二醇二甘油基)或较高的功能(例如三甲基甲基丙烷甘露甘同乙醚)。这些树脂通常在室温下(10-200 MPA)显示低粘度,通常称为反应性稀释剂。它们很少单独使用,但被用来修改(减少)其他环氧树脂的粘度。这导致了“修饰的环氧树脂”一词,表示含有降低粘度的反应性稀释剂的术语。稀释剂的使用确实会影响环氧树脂的机械性能和微观结构。环氧树脂的机械性能通常不会通过使用稀释剂来改善。也可以使用生物基的环氧稀释剂。

糖基胺

糖基胺环氧树脂是较高的功能环氧树脂,当芳香胺上皮氯二醇反应时形成。重要的工业等级是三乙二醇-P-氨基苯酚(功能3)和NNN ',N', N ' - 四方- 甲基甲基- 双基- (4-氨基苯基) -甲烷(功能4)。树脂在室温下是低至中粘度的,这使其比EPN或ECN树脂更易于处理。这与高反应性,加上高温抗性和所得固化网络的机械性能,使其成为航空复合应用的重要材料。

养护

固化的环氧胶的结构。三透明剂以红色为红色,黑色为黑色。树脂的环氧化物组已与硬化剂反应,不再存在。该材料高度交联并包含许多OH组,它们具有赋予粘合性能

有几十种化学物质可用于治疗环氧树脂,包括,咪唑,酸酐和光敏化学物质。环氧固化的研究通常是通过使用差分扫描量热法进行的。

通常,未固定的环氧树脂的机械,化学和耐热性能较差。但是,通过将线性环氧树脂与合适的疗法反应以形成三维交联热固件结构来获得良好的性质。该过程通常称为固化或凝胶化过程。环氧树脂的固化是放热反应,在某些情况下会产生足够的热量,如果不控制,会导致热降解。固化确实会诱导已研究的环氧系统中的残留应力。它们可能会被挠性剂缓解。

可以通过与自身(均聚物)反应或与多功能疗法或硬化剂形成共聚物来实现固化。这种固化是产生物质质量的原因,例如抗性,耐用性,多功能性和粘附性。原则上,任何含有反应氢的分子都可以与环氧树脂的环氧基团反应。环氧树脂的常见硬化剂包括胺,酸,酸酐,苯酚,醇和硫醇。相对反应性(最低第一)大约按顺序:苯酚<酸氨酸<芳香胺<环脂蛋白胺<脂肪族胺<硫醇。

虽然某些环氧树脂/硬质组合将在环境温度下固化,但许多需要热量,而某些专业系统的温度高达150°C(302°F)是常见的,高达200°C(392°F )。治愈过程中的热量不足将导致一个网络具有不完全的聚合,从而降低了机械,化学和耐热性。治疗温度通常应达到完全固化的网络的玻璃过渡温度(T G ),以实现最大的特性。有时,温度以逐步的方式升高,以控制固化速率并防止放热反应过度的热量积聚。

在环境温度下仅显示较低或有限的反应性但在升高温度下与环氧树脂反应的硬化剂被称为潜在硬化剂。当使用潜在的硬化剂时,使用前的环氧树脂和硬化剂可能会在使用前的一段时间混合并储存,这对于许多工业过程都是有利的。非常潜在的硬化剂可以生产一项成分(1K)产品,从而将树脂和硬化剂提供给最终用户,只需要加热即可启动固化。一个组件产品通常比标准2组件系统具有较短的架子灯光,并且产品可能需要冷却的存储和运输。

可以通过添加少量的加速器来加速环氧固化反应。三级胺,羧酸和醇(尤其是苯酚)是有效的加速器。双苯酚A是一种高效且广泛使用的加速器,但由于这种物质的健康问题,现在越来越多地取代。

均聚合

环氧树脂可以在存在阴离子催化剂(刘易斯胺或咪唑等刘易斯碱)或阳离子催化剂(如刘易斯酸(如刘易斯三氟化硼)中)的情况下与自身反应。该过程称为催化均聚合。所得的网络仅包含以太桥,并且表现出较高的热和化学耐药性,但易碎,通常需要固化过程的温度升高,因此仅在工业上找到利基应用。当需要使用紫外线固化时,通常会使用环氧均聚物化,因为可以使用阳离子紫外催化剂(例如,用于紫外线涂料)。

多功能原代胺构成了重要的环氧硬化剂类。原代胺与环氧基团的添加反应形成羟基和二级胺。次级胺可以进一步与环氧化物反应,形成第三胺和额外的羟基。动力学研究表明,原代胺的反应性约为次级胺的两倍。使用功能功能或多功能胺形成三维交联网络。脂肪族,环脂蛋白和芳香胺都被用作环氧硬脂酸。胺类型硬化剂将改变固化的共聚物网络的加工性能(粘度,反应性)和最终性质(机械,温度和耐热性)。因此,通常根据应用程序选择胺结构。可以大致订购不同硬化剂的总体反应性潜力。脂肪族胺>环脂胺>芳香胺,尽管在氨基群附近具有空间阻滞的脂肪胺可能与某些芳香胺的反应速度较慢。较慢的反应性可以使处理器的工作时间更长。温度抗性通常以相同的顺序升高,因为芳香胺的形成比脂肪族胺更刚性结构。芳香胺被广泛用作环氧树脂硬化剂,这是由于与父树脂混合时具有出色的末端特性。在过去的几十年中,人们担心许多芳香胺的不良健康影响导致脂肪族或环皮胺替代品的使用增加。胺还被混合,加合作并反应于改变特性,而这些胺树脂经常用于治疗环氧树脂,而不是纯胺(例如TETA)。越来越多的水基多胺也用于帮助降低毒性概况。

TETA的结构,典型的硬化剂。在聚合过程中,胺(NH2)组与树脂的环氧基团反应。

半藻

环氧树脂可以用酸酐热固化,以形成在较长时间在升高温度下具有显著性能保留的聚合物。反应和随后的交联仅发生在酸酐环打开后,例如环氧树脂中的次级羟基。环氧和羟基之间也可能发生均聚物。酸酐硬化剂的高潜伏期使其适合加工系统,这些系统需要在固化之前添加矿物质填充剂,例如高压电绝缘体。通过将酸酐与合适的加速器匹配,可以提高治疗速度。对于Dianhydrides,在较小程度上,单甘蔗氢化物,非化学计量,经验确定通常用于优化剂量水平。在某些情况下,采用采液和单甘蔗的混合物可以改善计量和与液态环氧树脂的混合。

苯酚

多酚(例如双酚A或Novolacs)通常在催化剂存在下,在升高的温度(130-180°C,266-356°F)上与环氧树脂反应。所得的材料具有醚连接,并且比通常通过胺或酸酐固化而获得的化学和氧化耐药性更高。由于许多诺瓦克人都是固体,因此这类硬化剂通常用于粉末涂料

硫醇

硫醇也称为胃ap带,即使在环境或亚凸剂温度下,它也会与环氧基团反应非常容易反应。虽然所得网络通常不会显示高温或耐化学性,但硫醇组的高反应性使其对于无法加热固化的应用有用,或者需要非常快的固化,例如,对于家用DIY粘合剂和化学岩石螺栓锚固剂。硫醇具有特征性的气味,可以在许多两种成分的家用粘合剂中检测到。

申请

基于环氧树脂的材料的应用是广泛的,它们被认为是非常通用的。这些应用包括涂料,粘合剂复合材料,例如使用碳纤维玻璃纤维增​​强材料的涂料(尽管聚酯乙烯基酯和其他热固性树脂也用于玻璃增强塑料)。环氧树脂的化学和市售变化范围允许用非常广泛的特性生产治疗聚合物。它们已被广泛用于混凝土和水泥系统。通常,环氧树脂以其出色的粘附,化学和耐热性,良好的机械性能以及非常好的电绝缘特性而闻名。可以修改环氧树脂的许多特性(例如,环氧树脂通常是电绝缘的,具有良好的电导率填充环氧树脂)。提供高热绝缘或导热率以及电子应用高电阻的变化。

与其他类别的热固性聚合物材料一样,将不同等级的环氧树脂以及添加剂,增塑剂或填充剂的使用混合在一起,以实现所需的加工或最终特性或降低成本。使用混合,添加剂和填充剂的使用通常称为配方

所有量混合都会产生自己的热量,因为反应是放热的。大量会产生更多的热量,从而大大提高反应速率,从而减少工作时间(盆栽)。因此,最好将较小量混合使用,可以快速使用以避免浪费和更安全。有多种方法可以使它们变硬,因为它们可能会变得脆弱。橡胶韧性是用于韧性的关键技术。

油漆和涂料

开发了两部分环氧涂层用于金属基板上的重型服务,并且比热固定粉末涂料使用少的能量。这些系统提供了坚固的保护涂层,具有出色的硬度。一部分环氧涂层被配制为水中的乳液,可以在没有溶剂的情况下清理。

环氧涂层通常用于工业和汽车应用中,因为它们比基于乳胶的和基于醇酸的油漆更具耐热性。由于紫外线暴露,环氧涂料往往会恶化,称为“粉笔”。环氧涂层也已用于饮用水。环氧涂层由于其出色的保护特性而发现了很多用来保护温和钢的用途。

颜色的变化(称为黄色)是环氧材料的常见现象,在艺术和保护应用中常常引起关注。环氧树脂在时间上随时间变黄,即使不暴露于紫外线辐射。 1984年(自然的黑暗衰老)和1986年后期(高强度的光老化),首先是Down,在理解环氧树脂的黄色方面取得了重大进展。唐研究了适合用于玻璃保护的各种室温环氧树脂胶粘剂,测试了它们的黄色趋势。当Krauklis和Echtermeyer在2018年发表的常用胺环氧树脂树脂中发现了泛黄的机理起源时,就实现了对环氧树脂的基本理解。在聚合物碳- 碳主链中,通过亲核激进攻击。

聚酯环氧树脂用作洗衣机,干燥机和其他“白色商品”的粉末涂料融合键合环氧粉涂料(FBE)广泛用于油气工业中使用的钢管和配件的腐蚀,可饮用的水传输管道(钢)和混凝土钢筋钢筋。环氧涂层也被广泛用作提高汽车和船用涂料的粘附的引物,尤其是在腐蚀(生锈)耐药性很重要的金属表面上。金属罐和容器通常涂有环氧树脂以防止生锈,尤其是对于酸性的西红柿等食物。环氧树脂还用于装饰地板应用,例如地板地板,芯片地板和彩色骨料地板。

环氧树脂已通过多种方式进行了修饰,包括与源自油的脂肪酸反应,以产生环氧酯,这些酯的固化方式与醇酸相同。典型的是L8(80%亚麻籽)和D4(40%脱水的​​蓖麻油)。这些通常与苯乙烯反应,使造型的环氧酯用作底漆。用酚类固化,制成鼓衬里,用胺树脂固化酯和带有氨基树脂的前粘多环氧树脂,以制成耐药的顶涂层。有机链可能用于疏水性修饰环氧树脂并改变其性质。已经研究了修饰符的炼长度的效果。

粘合剂

特殊的环氧树脂足够强,可以承受冲浪板鳍和鳍坐骑之间的力。这种环氧树脂是防水的,能够在水下固化。左侧的蓝色环氧树脂仍在固化

环氧粘合剂是称为“结构粘合剂”或“工程粘合剂”(包括聚氨酯丙烯酸氰基丙烯酸酯和其他化学物质)的粘合剂类别的主要部分。自行车,船只,高尔夫球杆,滑雪板,滑雪板以及其他需要高强度债券的应用。可以开发环氧粘合剂以适合几乎任何应用。它们可以用作木材,金属,玻璃,石头和一些塑料的粘合剂。它们可以使它们变得灵活或刚性,透明不透明/有色,快速设置或缓慢的设置。与其他常见粘合剂相比,环氧粘合剂的热量和耐化学性能更好。通常,用热固化的环氧粘合剂比在室温下固化的环氧粘合剂更具耐热性和化学性。在350°F(177°C)以上的温度下,环氧粘合剂的强度降解。

一些环氧树脂可以通过暴露于紫外线来治愈。这种环氧树脂通常用于光学元件光纤光电子学中。

工业工具和复合材料

环氧系统用于工业工具应用中,以生产模具,大型模型,层压板铸件固定装置和其他工业生产辅助工具。这种“塑料工具”取代了金属,木材和其他传统材料,通常可以提高效率并降低整体成本,或者缩短许多工业过程的交付时间。环氧树脂还用于生产纤维增强或复合零件。它们比聚酯树脂和乙烯基酯树脂更昂贵,但通常会产生更强,更耐温温度的热固性聚合物基质复合零件。克服振动的机器床上用品是环氧花岗岩形式的一种用途。

风力涡轮技术复合材料

环氧树脂与玻璃或碳纤维织物一起用作粘合矩阵,以产生具有很高强度的重量特性的复合材料,从而可以产生更长,更有效的转子叶片。此外,对于海上和陆上风能装置,环氧树脂被用作钢铁塔,底撑杆和混凝土基础上的保护涂层。脂肪族聚氨酯顶涂层在顶部进行,以确保全面的紫外线保护,延长运营寿命并降低维护成本。通过传动系统与转子叶片连接,将机械风能转换为可用的电能,并依靠环氧球电气绝缘和高热电阻性能。也适用于变压器,衬套,垫片和复合材料电缆,将风车连接到网格。在欧洲,风能组成部分占环氧应用最大的市场,约占市场的27%。

电气系统和电子设备

环氧树脂封装印刷电路板上混合电路
口袋计算器的内部。中心的深色环氧树脂覆盖了处理器芯片

环氧树脂制剂在电子行业中很重要,并且用于电动机,发电机,变压器,开关设备,衬套,绝缘子,印刷布线板(PWB)和半导体封装。环氧树脂是出色的电绝缘体,并保护电气组件免受短路,灰尘和水分的影响。在电子工业中,环氧树脂是用于过度综合电路晶体管混合动力电路的主要树脂,并制造了印刷电路板。最大的电路板类型(一个“ FR-4板”)是由环氧树脂粘合到复合材料中的一层玻璃布。环氧树脂用于将铜箔粘结到电路板基板上,并且是许多电路板上焊料面膜的组成部分。

柔性环氧树脂用于盆栽变压器和电感器。通过在未固定的环氧树脂上使用真空浸渍,消除了绕组,绕组,绕组,炼式和绕组式的空气空气。固化的环氧树脂是一种电绝缘体,并且与空气相比,热量更好。变压器和电感器热点大大降低,使组件具有稳定且更长的寿命。

使用树脂分配技术应用环氧树脂。

石油和石化

环氧树脂可用于在产生过多的盐水的储层中插入选择性层。该技术命名为“停水治疗”。

消费者和海洋申请

环氧树脂在五金店中出售,通常是包含单独的树脂和硬质的包装,必须在使用前立即将其混合。它们还以用于海洋应用的维修树脂的身份出售。环氧树脂通常不在船的外层中使用,因为它们会因暴露于紫外线而恶化。它们通常在船维修和组装期间使用,然后用传统或两部分的聚氨酯涂料或提供紫外线保护的海洋varnishes涂层。

海洋使用的主要领域有两个。由于相对于更常见的聚酯树脂具有更好的机械性能,因此,环氧树脂用于需要高强度/重量比的组件商业制造。第二个区域是,它们的强度,缝隙填充特性以及包括木材在内的许多材料的良好粘附,在包括飞机和船在内的业余建筑项目中产生了繁荣。

正常的凝胶涂料配方用于聚酯树脂和乙烯酯树脂不粘在环氧表面上,尽管如果涂在聚酯树脂表面上,环氧树脂粘附得很好。通常用于覆盖聚酯玻璃纤维游艇内部的“绒毛”也与环氧树脂兼容。

环氧材料倾向于逐渐变硬,而聚酯材料往往会迅速变硬,尤其是在使用大量催化剂的情况下。两种情况下的化学反应都是放热的。

虽然通常将聚酯树脂和环氧树脂关联,但它们的性质足够不同,以至于将它们正确视为不同的材料。聚酯树脂通常是低强度的,除非与玻璃纤维这样的加固材料使用,否则相对脆弱,除非加固,并且粘附较低。相比之下,环氧树脂本质上很强,有些灵活并且具有出色的粘附。但是,聚酯树脂便宜得多。

环氧树脂通常需要两个组成的精确混合物,它们形成第三种化学物质以获得所述特性。根据所需的属性,比率可能是1:1或以上10:1的任何东西,但通常必须将它们精确地混合。最终产品是精确的热固性塑料。在混合之前,这两个元素相对惰性,尽管“硬化剂”倾向于化学活跃,应受到大气和水分的保护。可以通过使用不同的硬化剂来改变反应的速率,这可能会改变最终产品的性质或控制温度。

相比之下,聚酯树脂通常以“促进”形式提供,以便以前混合的树脂从液体到固体的进展已经在进行中,尽管非常缓慢。用户可用的唯一变量是使用催化剂(通常是甲基 - 乙基酮 - 过氧化物( MEKP ))更改此过程的速率,这是非常有毒的。最终产品中催化剂的存在实际上会损害所需的特性,因此只要硬化以可接受的速度进行硬化,少量的催化剂是可取的。因此,可以通过催化剂的量和类型以及温度来控制聚酯的治疗速率。

作为粘合剂,环氧树脂以三种方式键合:a)机械上,因为粘结表面被粗糙; b)按接近度,因为固化的树脂在物理上是如此靠近粘结表面,因此很难分离; c)在离子上,因为环氧树脂与粘结表面在原子水平上形成离子键。最后一个基本上是三个中最强的。相比之下,聚酯树脂只能使用其中的前两个结合,从而大大降低了它们作为粘合剂和海洋修复中的效用。

建筑应用

环氧树脂已经进行了数十年的研究和用于建设。尽管它们在用作添加剂时增加了砂浆混凝土的成本,但它们会增强性能。正在进行研究,以调查在砂浆中使用环氧氧化物和其他再生塑料的使用,以增强性能和回收废物。致密的塑料材料,例如PET和塑料袋,然后使用它们部分代替聚集的宠物和去聚合PET,以用作聚合物粘合剂,而除了环氧树脂以增强混凝土之外。

航空航天应用

在航空航天行业中,环氧树脂被用作结构基质材料,然后用纤维加固。典型的纤维增援部队包括玻璃凯夫拉尔。环氧树脂也用作结构木材等材料和其他“低技术”的材料粘合了环氧树脂。在机械性能和对环境降解的抗性方面,环氧树脂通常超过大多数其他树脂类型。

生物学

水溶性环氧树脂(例如杜尔库潘)通常用于将电子显微镜样品嵌入塑料中,因此可以将它们切成薄片(切成薄片),然后将其切成薄片,然后成像。

艺术

环氧树脂与颜料混合,可以用作绘画介质,通过在彼此顶部倒入层以形成完整的图片。它也用于珠宝中,作为装饰和标签的圆顶树脂,以及用于艺术,台面和桌子的Decoupage类型应用。它的无缝和光滑的饰面,以及将其模制成各种形状的能力,使环氧树脂成为在现代家具设计中创建简约和声明作品的优惠选择,并成为其他各种设计风格,包括工业,乡村风格,甚至折衷。它已被用于艺术和历史结构保存。

生产

2016年,全球环氧树脂市场的价值约为80亿美元。环氧树脂市场由亚太地区主导,该地区占市场总份额的55.2%。中国是全球主要的生产国和消费者,占全球树脂生产的近35%。全球市场由大约50-100家基本或商品环氧树脂和硬化剂的制造商组成。在欧洲,2017年生产了约323,000吨环氧树脂,产生了约1005.5万欧元的销售。德国是欧洲环氧树脂最大的市场,其次是意大利,法国,英国,西班牙,荷兰和奥地利。

上面提到的这些商品环氧制造商通常不会以可用于较小最终用户使用的形式出售环氧树脂,因此还有另一组公司从主要生产商那里购买环氧树脂原材料,然后是化合物(混合,修改或其他自定义)环氧树脂的环氧树脂环氧树脂。这些原材料的系统。这些公司被称为“公式”。出售的大多数环氧系统都是由这些配方器生产的,它们占环氧市场美元价值的60%以上。这些配方器可以通过添加灵活性,降低粘度剂,降低粘度着色,增稠剂,加速器粘附促进剂等来修改这些配方器可以修改环氧树脂的方法。降低成本,提高绩效并提高处理便利。结果,典型的配方符出售数十个甚至数千种配方,满足特定应用程序或市场的要求。

如今,环氧树脂生产的原材料在很大程度上是石油衍生得出的,尽管现在有些植物衍生的来源正在商业上获得(例如,用于生产上氯二氢蛋白的植物衍生的甘油)。

可再生,回收,水上和生物基环氧树脂

由于可再生和“绿色”来源的一般趋势以及更多地使用生物基材料,因此在环氧舞台上也正在进行研究。自1970年代以来,水源性环氧涂料就已经存在,并且正在进行研究。在可能的情况下,还可以使用废物以及回收的原材料。废物花岗岩档案是在采矿业生产的。正在对创新解决方案进行研究,例如在环氧树脂中使用废物花岗岩粉末,并基于此设计涂料剂。正在进行其他工作,以产生回收的原材料(包括PET瓶)的环氧和环氧树脂涂料。

健康风险

液态环氧树脂的未固定状态被归类为对眼睛和皮肤的刺激性,对水生生物有毒。固体环氧树脂通常比液体环氧树脂更安全,许多是分类的非危害材料。与环氧树脂相关的一种特殊风险是敏化。在含有低分子量环氧稀释液的环氧树脂中,风险已显示出更为明显的。随着时间的流逝,暴露于环氧树脂可以诱导过敏反应。长期以来,由于反复的暴露(例如,通过工作较差或缺乏防护设备)而发生敏化。过敏反应有时会在接触几天后延迟的一次。过敏反应通常以皮炎的形式可见,特别是在暴露最高的地区(通常是手和前臂)。环氧使用是塑料用户中职业哮喘的主要来源。安全处置还需要考虑,但通常涉及故意固化以产生固体而不是液体废物。

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