环氧树脂胶粘剂的改性研究

课程：涂料与胶粘剂

题目：环氧树脂胶粘剂的

改性研究

姓名：XXX 学号：XXX

姓名：XXX 学号：XXX

日期：XXXX-XX-XX

环氧树脂胶粘剂的改性研究

XXX XXX 化学工程与工艺

摘要：综述了环氧树脂胶粘剂耐热，增韧改性研究的现状, 介绍了各种增韧耐热的应用。关键词：环氧树脂，胶粘剂，耐热，改性，增韧；

Modification of epoxy adhesive

XXX XXX Chemical Engineering and Technology Abstract:Epoxy resin adhesive heat toughening modification of the status quo, and a the various toughening heat-application.

Keywords: epoxy resins, adhesives, heat-resistant, modified, toughened;

前言

环氧胶粘剂在整个合成胶粘剂中所占的比例并不大,但由于它的优异性能，在结构胶粘剂中却占据了主导地位，有“万能胶”之称。但其固化后易产生较大的内应力，且产物中有较稠密的芳环结构，使得未经改性的环氧固化物较脆,，且耐高温性较差，为此，环氧树脂胶粘剂的改性研究很多。相容性理论的发展和相容技术的进步推动了环氧树脂与弹性体(橡胶类)及热塑料树脂的合金化研究，经历了第二、第三代环氧胶粘剂时代。近年来，则采用其它耐高温树脂与环氧树脂物理共混或化学改性，或在环氧分子中引入新的基团来提高环氧树脂的耐热性。另外，胶粘剂中所用固体填料对改善耐热性也起重要作用。本文着重介绍我国ER胶粘剂耐热和韧性研究及其应用。

主题

一、环氧树脂胶粘剂在耐热性方面的改性的研究

本方法以环氧树脂(EP)和有机硅硼改性EP 预聚物为主体材料，研制出一种可室温固化、高温使用且固化压力仅为接触压力的胶粘剂。有机硅中硅氧键的键能要高于碳氧键的键能，可有效改善EP 的耐热性和韧性；而有机硅中加入硼元素后，可使硅氧键的键能明显增大。因此，可通过有机硅中引入硼元素来改善EP 胶粘剂的性能，那下面就看看加入有机硅硼前后的差别。

1、首先是红外光谱的分析：

图1 EP改性前后的红外光谱图

由图1 可知，在纯EP 的红外光谱图中，915 cm- 1处是环氧基的对称伸缩振动特征吸收峰，3 056 cm- 1处是环氧基中C- H 的伸缩振动吸收峰，改性后该两处峰的强度都明显减弱； 1 247 cm- 1处是环氧基的非对称伸缩振动特征吸收峰，改性后此峰完全消失。由改性前后红外谱图的变化可以说明，有机硅硼通过自身的羟基与EP 中的环氧基发生反应，从而连接在EP 的分子链上。此外，改性后的EP 在667 cm- 1处出现了一个新的吸收峰，应为B- O- C 中B- O 的变形振动吸收峰，1 300 cm- 1附近的吸收峰变宽加强，应归属于新的B- O- C 伸缩振动吸收峰在1 347 cm- 1处出现的结果，由此说明EP 中的羟基和有机硅硼中的硼羟基发生缩合反应生成了B- O- C 化学键。总之，EP 改性前后红外谱图的这些变化表明，有机硅硼通过羟基与EP中的环氧基和羟基反应，成功地接枝在EP 分子链上。

2、其次是涂胶后晾置时间对力学性能的影响：

在一定温度和湿度条件下，初粘力取决于涂胶后的晾置时间。表1 列出了涂胶后晾置时间与胶粘剂力学性能的关系，其中晾置温度为( 20 ±2 ) ℃，相对湿度为20 % ～40 % 。

表1 涂胶后晾置时间对力学性能的影响

由表1可知，涂胶后胶粘剂的剪切强度随晾置时间的延长呈先增后降的趋势；当晾置时间为40 min时，剪切强度达到最大值，分别为14.33 MPa ( 20 ℃)和4.25 MPa ( 100 ℃) 。涂胶后晾置时间不能过短也不能过长。若晾置时间过短时，, 由于溶剂还没有挥发完全，故难以达到合适的初粘力，从而容易导致胶接过程中结构件的脱落；此外，晾置时间过短时，胶层的动性较大, 粘合后容易产生气泡，致使粘接强度下降。若晾置时间过长时，溶剂过多地挥发会使胶层的流动性显著下降，从而使胶层变硬、失去初粘力，, 致使粘接强度下降。由表1可知，在室温及相对湿度约为40% 的条件下，涂胶后晾置时间为40 min

时的粘接强度最好。

3、再者就是在胶粘剂固化试样的热失重分析：

图2 改性前后胶粘剂固化试样的热失重曲线

由图2 可知，改性后胶粘剂的耐热性显著提高。首先，初始分解温度由纯EP 胶粘剂的60 ℃提高到改性胶粘剂的150 ℃；其次, 当失重率为10% 时，纯EP 胶粘剂的对应温度为170 ℃，而改性胶粘剂的对应温度为331 ℃。由此可知，改性后胶粘剂的热稳定性比改性前的高，原因在于有机硅硼中含有键能较高的硅氧硼键( Si - O - B ) ，其中硅氧键的键能为422.5 kJ/mol比碳氧键的键能344.4 kJ/mol 要高得多，因此要破坏硅氧键就需要有较高的能量。综上所述，改性胶粘剂可在100 ℃时长期使用，短期可耐150 ℃的高温。

4、结论：

本方法从实用角度开发出一种可室温固化、100 ℃时可长期使用、短期可耐150 ℃的高温、固化压力仅为接触压力且韧性好的EP 胶粘剂。该胶粘剂的研制成功，可以给工程中大型结构件的粘接带来方便，同时也为高温环境下使用胶粘剂的场合提供了选择。

二、环氧树脂胶粘剂在增韧方面的改性的研究

本方法通过高剪切分散和催化剂的催化相结合的方法，使纳米SiO2粒子与环氧树脂发生化学键接，制得纳米SiO2改性环氧树脂。其采用一种新的改性工艺，使纳米SiO2表面具有的活性硅醇基( Si-OH) 与低分子环氧树脂产生化学键接，所形成的改性环氧树脂中，由于引入了柔性的硅氧键( Si-O)和硅氧四面体网状结构，使改性产物具有很好的柔韧性，其具有的无机-有机结构，使其耐蚀性也得到增强。

1、不同纳米SiO2含量的改性环氧树脂涂膜力学性能研究：

表2 不同纳米SiO2含量的改性环氧树脂涂膜力学性能