新工藝合成低黏度雙酚A型液態(tài)環(huán)氧樹脂的探究

施乃臣 徐麗 孫祥

摘 ?要：利用新型催化劑能夠提高雙酚A型液態(tài)環(huán)氧樹脂的轉(zhuǎn)化率，降低醚化反應(yīng)后的殘余量。本文對(duì)雙酚A環(huán)氧樹脂問題進(jìn)行研究，分析新工藝合成低黏度環(huán)氧樹脂的過程以及醚化反應(yīng)中催化劑對(duì)合成樹脂的影響，意在利用新工藝提高環(huán)氧樹脂的質(zhì)量，希望對(duì)相關(guān)的工作人員具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：低黏度;環(huán)氧樹脂;雙酚A;催化劑

前言：

環(huán)氧樹脂具有良好的物理性能，具有收縮率較小、強(qiáng)度高、絕緣性良好等特點(diǎn)，同時(shí)其粘度較高，在涂料以及填充膠等方面應(yīng)用廣泛。然而傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的合成，不僅生產(chǎn)效率較低，而且反應(yīng)后環(huán)氧樹脂的品質(zhì)不高，因此提升環(huán)氧樹脂的合成工藝，降低醚化副反應(yīng)的發(fā)生，提高環(huán)氧樹脂的產(chǎn)量與質(zhì)量，是現(xiàn)階段研究液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹脂的重要內(nèi)容。

1環(huán)氧樹脂的合成工藝分析

環(huán)氧樹脂是一種線性的、具有良好的熱塑型的化學(xué)材料，其本身不具備使用價(jià)值，只有將環(huán)氧樹脂與固化劑加熱后，才具備良好的強(qiáng)度和粘性，才能在生產(chǎn)中被使用，同時(shí)反應(yīng)時(shí)添加的固化劑與添加劑也決定了環(huán)氧樹脂的材料性能。由于工業(yè)化經(jīng)常使用的是液態(tài)雙酚A型的環(huán)氧樹脂，其耐熱性與電性能良好，但是由于粘度較高，導(dǎo)致其流動(dòng)性較差[1]。因此將液態(tài)雙酚A型進(jìn)行改性，降低環(huán)氧樹脂的粘性、環(huán)氧當(dāng)量以及有機(jī)氯的含量，保證其他性能的前提下，提高液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性，有助于將環(huán)氧樹脂大面積的應(yīng)用在填充劑與涂料的制造中。通常來說，基礎(chǔ)樹脂的質(zhì)量與環(huán)氧樹脂合成中副反應(yīng)產(chǎn)物的含量有關(guān)，因此降低副反應(yīng)的發(fā)生，提升環(huán)氧樹脂的產(chǎn)量與質(zhì)量，是合成低黏度液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂的工藝重點(diǎn)。現(xiàn)階段液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂在工業(yè)生產(chǎn)中主要使用一步法的工藝技術(shù)，合成的環(huán)氧樹脂質(zhì)量不佳，而采用復(fù)合的醚化反應(yīng)，則能有效提升醚化反應(yīng)中液態(tài)雙酚A的轉(zhuǎn)化量，減少副反應(yīng)的產(chǎn)生，降低反應(yīng)中有機(jī)氯、環(huán)氧當(dāng)量的含量以及合成產(chǎn)物的粘性，提高環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性，有效解決了環(huán)氧樹脂在工業(yè)生產(chǎn)中的難題，目前已經(jīng)取得了較好的生產(chǎn)效果。

2環(huán)氧樹脂合成的實(shí)驗(yàn)分析

2.1實(shí)驗(yàn)過程分析

在合成環(huán)氧樹脂的過程中主要使用的實(shí)驗(yàn)原料有：韓國生產(chǎn)的聚碳級(jí)雙酚A、工業(yè)生產(chǎn)用的純度在99%以上的環(huán)氧氯丙烷、工業(yè)純度為50%的NaOH溶液、甲苯、自制催化劑，另外還需要1L的四口燒瓶、回流冷凝管、攪拌器以及溫度計(jì)等儀器，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在攪拌器、冷凝管以及燒瓶中加入配置好的雙酚A以及環(huán)氧氯丙烷，然后進(jìn)行加熱，保持溫度在40到60攝氏度，真空度在0.085到0.090MPa之間，促進(jìn)醚化反應(yīng)的發(fā)生，與此同時(shí)在容器中加入NaOH，令其發(fā)生閉環(huán)反應(yīng)，待反應(yīng)完全后回收容器內(nèi)部的環(huán)氧氯丙烷，并用甲苯處理溶劑，重復(fù)三次水洗、脫鹽的過程，得到環(huán)氧樹脂[2]。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在分析醚化反應(yīng)后含氧當(dāng)量主要采用鹽酸-丙酮法，而有機(jī)氯的含量則利用KOH-乙醇進(jìn)行測(cè)量，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)缺點(diǎn)較多，如醚化反應(yīng)后液態(tài)雙酚A殘留量較多，致使鏈增長發(fā)生變化，醚化反應(yīng)后產(chǎn)物的分子質(zhì)量分布較寬，而且反應(yīng)中使用的NaOH含量利于化學(xué)反應(yīng)的理論值，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂中有機(jī)氯的含量增高。本實(shí)驗(yàn)采用自制的催化劑，主要由四甲基溴化銨、KOH、HCL等組成，有效降低了反應(yīng)后雙酚A的殘留，其殘留量減少了約15%，同時(shí)環(huán)氧樹脂中環(huán)氧當(dāng)量也大幅度降低，反應(yīng)后約為182g/eq，遠(yuǎn)高于當(dāng)前國內(nèi)環(huán)氧樹脂的指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)中NaOH的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較大，能否充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)是決定環(huán)氧樹脂中環(huán)氧當(dāng)量與氯含量的主要因素，從化學(xué)反應(yīng)上分析，NaOH化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的越完全，其利用效率越高，則環(huán)氧當(dāng)量與氯的含量越低，同時(shí)NaOH含量的增加，也提升了環(huán)氧樹脂中氯羥基的反應(yīng)程度，而羥基的減少有助于減少氯醇的總量，降低反應(yīng)后的環(huán)氧當(dāng)量，提升液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹脂的品質(zhì)，而采用自制催化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的NaOH水溶液，首先，利用該種工藝合成的環(huán)氧樹脂其性能較好、穩(wěn)定性較高，而且在醚化反應(yīng)結(jié)束后雙酚A的含量較低，醚化反應(yīng)結(jié)束后的得到的環(huán)氧樹脂其雙酚A的含量在15%以下，而傳統(tǒng)的一步法含量高達(dá)25%。其次，采用新工藝得到的環(huán)氧樹脂粘度較低，流動(dòng)性強(qiáng)，其高分子粘度在7.8到8Pa·S，而傳統(tǒng)方式提煉的環(huán)氧樹脂高分子組量在12.6Pa·S。最后，利用新工藝中的醚化反應(yīng)，反應(yīng)后樹脂的環(huán)氧當(dāng)量在182g/eq，而氯的含量則可以降到200μg/g，而傳統(tǒng)方式含氧當(dāng)量在188g/eq，氯含量在300到500μg/g左右。總而言之，采用新工藝技術(shù)合成的環(huán)氧樹脂具有粘度低、含氧當(dāng)量低以及有機(jī)氯含量低等特點(diǎn)，在確保環(huán)氧樹脂性能穩(wěn)定的前提下，提高了環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性以及品質(zhì)，有助于環(huán)氧樹脂在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣使用。

結(jié)束語：

總而言之，傳統(tǒng)的一步工藝法合成的環(huán)氧樹脂流動(dòng)性較差，而且樹脂中含氧當(dāng)量與氯元素的含量較高，工業(yè)中使用效果不佳。因此提高工藝水平，利用自制新型催化劑進(jìn)行醚化反應(yīng)，能夠有效降低反應(yīng)后雙酚A的殘留以及副反應(yīng)的發(fā)生，提升低黏度雙酚A型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量，有助于環(huán)氧樹脂在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] ?郭睿，閆育蒙，馬麗娟，等.雙酚A戊二醛酚醛樹脂的合成及表征[J].中國膠粘劑，2020，29（04）：23-28.

[2] ?高印，姚婷婷，劉玉婷，等.熱熔融性環(huán)氧樹脂的合成及結(jié)構(gòu)與性能研究[J].化工新型材料，2020，48（04）：108-111.

作者簡(jiǎn)介：施乃臣（1988年12月），男，江蘇省鹽城市，漢族，助理工程師，本科，從事環(huán)氧樹脂新材料產(chǎn)品生產(chǎn)管理，工藝管理。