低分子量环氧树脂的制备及分析测试

低分子量环氧树脂的制备及分析测试

1 目的要求

（1）查阅文献资料，熟悉低分子量环氧树脂的制备方法，了解环氧树脂的用途。

（2）通过双酚A 型环氧树脂制备实验，掌握一般缩聚反应的原理以及实验方法。

（3）掌握环氧树脂中环氧值以及粘接强度等分析方法。

2 实验原理

凡是分子内含有环氧基团的聚合物，统称为环氧树脂。它是一种多品种、多用途的新型合成树脂，且性能很好，对金属、陶瓷、玻璃等许多材料具有优良的粘结能力，所以有万能胶之称，又因为它的电绝缘性能好、体积收缩小、化学稳定性高、机械强度大，所以广泛的被用做粘接剂，增强塑料(玻璃钢)电绝缘材料、铸型材料等，在国民经济建设中有很大作用。

双酚A 型环氧树脂是环氧树脂中产量最大、使用最广的一个品种，有通用环氧树脂之称，它是由双酚A 和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的。其反应式如下：

CH 2CH CH 2Cl O HO C CH 33OH (n+2)NaOH C CH 33O O CH CH 2H 2C CH CH 2O CH 2H 2C O CH 2n (n+2)+(n+1)O C

CH 3

CH 3O CH 2+(n+2)NaCl+(n+2)H 2O

图1 环氧树脂合成示意图

3 药品仪器

环氧氯丙烷，双酚A ，氢氧化钠，苯，去离子水等；

四口瓶，滴液漏斗，分液漏斗，电动搅拌器，温度计，减压蒸馏装置，恒温水浴，相应测试仪器等。

4 操作步骤

4.1 双酚A型环氧树脂的制备

将22 g双酚A（0.1mol）和28 g环氧氯丙烷(0.3mol)依次加入装有搅拌器、滴液漏斗和温度计的250 mL四颈瓶中。用水浴加热，升温至75℃，搅拌双酚A 使其完全溶解。70℃下滴加40 mL，20%的NaOH溶液，约0.5 h滴加完毕。在75~80℃继续反应1.5～2 h，此时溶液呈乳黄色，停止加热，降温。加入苯60mL，搅拌，使树脂溶解后移入分液漏斗，静置后分去水层，再用水洗数次，直到洗涤水相呈中性及无氯离子（用pH纸及AgNO

3

溶液检查），分出有机层。将上层苯溶液倒入减压蒸馏装置中，先在常压下蒸去苯，然后在减压下蒸馏以除去所有挥发物。趁热将烧瓶中的树脂倒出，冷却后得琥珀色透明的、粘稠的环氧树脂，称重并计算产率。

4.2 环氧值的测定

准确称取环氧树脂0.5 g左右，放入装有磨口冷凝管的250 mL锥形瓶中，用移液管加入20 mL、0.2 molL-1盐酸－吡啶溶液，装上冷凝管，待样品全部溶解后(可在40~50 ℃水浴上加热溶解)，回流加热20min，冷至室温，以酚酞为指示剂，用 0.1 molL-1标准NaOH溶液，滴至呈粉红色为止。用同样的操作做一次空白试验、计算环氧值。

环氧值：

()

01

10

V V c E

m

-⨯=

式中

V——空白滴定所消耗的\%NaOH\%标准溶液的体积数，mL；

1

V——样品滴定消耗的NaOH标准溶液的体积数，mL；

c——NaOH标准溶液的浓度，mol/L；

m——样品质量，g。

4.3 粘接试验及粘接强度测定

将玻璃片用铬酸洗液浸泡10~15 min，洗干净后烘干。称取10 g环氧树脂加入3~5滴邻苯二甲酸二丁酯和一定量的乙二胺于小烧杯中，用搅拌棒搅匀后，在玻璃片上涂一薄层，然后将玻璃片用螺旋夹夹紧，在室温下放置48 h后，在110℃烘箱内烘1 h或40~80℃烘箱中烘3 h，用于测试粘接强度。

5 实验结果

5.1 双酚A 型环氧树脂的制备

产量：m 环氧树脂 = 34.02 g ，m 理论=35.39g ；产率= 96.13 %

5.2 环氧值的计算

表1 计算环氧值所需的实验数据

所以，产物的环氧值()36.5131.400.1049=0.103100.52E -⨯=⨯（mol/100g ）

5.3 粘接试验及粘接强度测定

理论上每100g 环氧树脂所需固化剂的量为：

M E G H

⨯= 式中：M ——固化剂的分子量，对于乙二胺，M 取60；

E ——环氧树脂的环氧值；

H ——固化剂中所含活泼氢的个数，对于乙二胺，H 取4。

本实验采用乙二胺做固化剂，称取样品的质量为5g ，实际上应该多加10%乙二胺， 所以实际需要乙二胺的量为：

1.1600.103G 0.08g 420

⨯⨯=

=⨯乙二胺 测试： 用固化后的环氧树脂粘接两块玻片，室温放置72小时后，进行粘接强度测试，结果显示产品粘接强度较高，玻片未被完全拉开之前就断裂了。

6 分析讨论

（1）环氧树脂的反应机理及影响合成的主要因素有哪些？

答：环氧树脂合成的反应机理有几种解释：

a)认为双酚A与NaOH作用生成酚钠盐，再与环氧氯丙烷的氯取代反应，环氧

基不被破坏。由于环氧基活性极强，HO-R-OH可以使环氧基开环加成，因此此法缺乏说服力，无法解释高分子量环氧树脂的合成。

b)认为链增长只在单体与单体之间和分子链与单体之间相互作用，忽略了分子

链与分子链之间的相互作用，高分子量树脂是靠后期分子链的增长，同时也无法解释低分子量树脂的合成。

c)认为开环反应是可逆的，在溶解阶段（70℃）已开始反应；后阶段环氧氯丙

烷不起作用，只靠链与链之间作用来实现链增长。事实上，在溶解阶段环氧氯丙烷与双酚A并不发生反应，而且环氧基与酚基的反应是不可逆的。

影响环氧树脂合成的主要因素有：

a)原料分子比（环氧氯丙烷/双酚A）的量越大，对制备低分子量环氧树脂有利。

b)NaOH的量要足够，低分子量树脂用20%-30%碱液，中等分子量树脂用10%。

c)加料顺序，低分子量树脂采用双酚A溶于环氧氯丙烷中，再滴加NaOH溶液。（2）什么叫环氧值？

答：环氧值是指每100克环氧树脂中含有的环氧基的当量数。

（3）试将50g自己合成的环氧树脂用乙二胺固化剂固化，如果乙二胺过量10%，则需要等当量的乙二胺多少克？并分析乙二胺固化反应的机理。

答：需要等当量的乙二胺：

1.1600.103

G0.85g

42

⨯⨯

==

⨯

乙二胺

加入一定量乙二胺后，乙二胺氮原子上有孤对电子可作为亲核试剂进攻环氧树脂分子上的环氧基团，环氧开环，直到氮上的氢全部都反应后，形成具有立体网状结构的产物，从而使环氧树脂显示出各种优良的性能。