双酚A环氧树脂胶粘剂的制备

1、双酚A环氧树脂胶粘剂得制备实验目得1、了解苯酚与丙酮在酸催化下缩合制备双酚A2,2双（4,4二羟基苯基）丙烷得原理与方法。2、掌握双酚A环氧树脂胶粘剂得制备方法与实验技术。3、基本掌握机械搅拌、控温反应与重结晶等基本操作。4、学会用红外光谱仪测定产品得结构。5、 掌握环氧值得测定方法6、 了解环氧树脂胶粘剂得粘合性能。二、实验原理1、 胶粘剂概述胶粘剂又称粘合剂,就是使物体与另一物体紧密连接为一体得非金属媒介材料。在两个被粘物面之间胶粘剂只占很薄得一层体积,但使用胶粘剂完成胶接施工之后,所得胶接件在机械性能与物理化学性能方面,能满足实际需要得各项要求。胶粘剂有广泛得用途与大量得品种,与我们得日

2、常生活关系密切。例如墙纸得粘合、地毯得粘合、玻璃与陶瓷得粘合等等,都要用到胶粘剂。胶粘剂不但可以粘合性质相同得材料,也可以粘合性质不同得材料,具有诸如方便、快速、经济与节能等优点。以胶粘技术代替铆、焊、螺钉等接合技术,可以提高劳动生产效率,减轻工件质量。由于胶粘接合面宽,应力均匀分散,胶接件得机械强度与耐疲劳性能特别强。在某些情况下,如薄膜或片材得连接,要求密封、绝缘得连接等,都必须使用胶粘剂。用胶粘剂加工制成得复合材料,具有某些优异得性能,就是所使用得单种基材所不能比拟得。因此,胶粘剂正在以迅猛得速度发展,在航天、原子能、农业、交通运输、木材加工、建筑、轻纺、机械、电子、化工、医疗与文教等方

3、面都具有广泛应用,产生了很大得经济与社会效益。2、 环氧树脂胶粘剂环氧树脂主链上含有醚键与仲羟基、端基为极为活泼得环氧基团。其中得醚键与仲羟基为极性基团,可与多种表面之间形成较强得相互作用,而环氧基团则可与介质表面得活性基,特别就是无机材料或金属材料表面得活性基起反应形成化学键,产生强力得粘结,因此环氧树脂具有突出得粘结力。它得使用温度范围为90130C。因其配制得胶粘剂有着独特得黏附力,并对多种材料具有良好得粘结性能,常称“万能胶”。此外,环氧树脂与所用固化剂得反应就是通过直接合成来进行得,没有水或其她挥发性副产物放出,因而其固化收缩率很低,小于2,比酚醛、聚酯树脂还要小。固化后得环氧树脂体

4、系化学稳定性好,具有优良得耐碱性、耐酸性与耐溶剂性能,且在宽广得频率与温度范围内具有良好得电绝缘性能。因此环氧树脂在航天工业、微电子工业以及在混凝土、金属、木材、塑料等领域中,都有普遍得应用,可用作黏合剂、涂料、层压材料、浇铸、及模具材料等使用。其中以双酚A型环氧树脂产量最大,用途最为广泛,有通用环氧树脂之称。双酚A型环氧树脂就是由环氧氯丙烷与双A2,2双（4,4二羟基苯基）丙烷在氢氧化钠作用下聚合而得得。反应机理如下:CH2 CH OCH2- CH- CH2ONaOH-CH2O, nCH3品CH2-CH-CH2+H2OCH3O原料配比不同，反应条件不同（如反应介质、温度与加料顺序），可制得不

5、同软化点、不同分子量得环氧树脂。工业上将软化点低于50C（平均聚合度小于2）得称为低分子量树脂或软树脂；软化点在5095c之间（平均聚合度在25之间）得称为中等分子量树脂；软化点高于100C（平均聚合度大于5）得称为高分子量树脂。环氧树脂得分子量与单体得配料比有密切关系，当反应条件相同，环氧氯丙烷与双酚A得物质得量得比越接近1:1时，所得得树脂分子量就越大；碱得用量越多，环氧氯丙烷过量越多，所得树脂得分子量就越低。本实验制备得环氧树脂，就是低聚合度、高环氧值得品种，因此在反应中使用过量得环氧氯丙烷。由于使用了过量得环氧氯丙烷，产物分子链两端都带环氧基。树脂中环氧基得含量可以计算产物分子量，树脂

6、分子量越高，环氧基含量相应降低。多数情况下固化剂用量与环氧基得含量成正比，固化剂得用量对成品得机械加工性能影响很大，必须控制适当，环氧值不仅就是环氧树脂质量得重要指标之一，也就是计算固化剂用量得依据。环氧基含量可用环氧值或环氧基得百分含量来描述。环氧基得百分含量就是指每100g树脂中所含环氧基得质量。而环氧值就是指每100g环氧树脂所含环氧基得摩尔数。环氧值采用滴定得方法来获得。相对分子质量小于1500得环氧树脂，其环氧值得测定用盐酸-丙酮法。反应式为：丙酮-CH+HCIC1Y1口（JHCH2-产-叩OH OH OH本实验主要得副反应就是环氧氯丙烷得水解：CH2CHCH2C1+NaOH+H2O

7、O由于氢氧化钠主要存在于水相，而环氧氯丙烷与游离得双酚A在有机相，所以只要采取适当得反应条件，副反应就可以得到控制。通常采用逐步加碱与控制反应温度得方法来避免副反应。3、环氧树脂得固化机理环氧树脂未固化时为热塑性得线型结构，强度低，使用时必须加入固化剂。固化剂与环氧基团反应，从而形成交联得网状结构，成为不溶不熔得热固性制品，具有良好得机械性能与尺寸稳定性。环氧树脂得固化剂种类有很多，有多元胺、酸酸、酸酎等。使用多元胺固化时，固化反应为多元胺得氨基与环氧预聚体得环氧端基之间得加成反应。该反应无需加热，可在室温下进行，叫冷固化。当选用乙二胺作为室温固化剂时，其固化机理如下：H2N-(CH 2) 2

8、-NH2+CH2 CH CHOOHOHCH2 - CH CH2CH2- CH- CH2CH? - ？H -OHCH2CH2- CH- CH2用多元竣酸或酸酎固化时OH,交联固化反应就是竣基与预聚体上仲羟基及环氧基之间得反应，需在加热条件下进行，称为热固化。4、双酚A得制备双酚A就是制备环氧树脂、聚碉及聚碳酸酯得重要原料，可用苯酚与丙酮在酸催化下发生缩合反应制得。苯酚得邻、对位氢原子特别活泼，可与厥基化合物（醛与酮）发生缩合反应。80%H 2SO4,助 催化 剂>-35 40 0cCH3HO -C- 0HCH3CH3HO-_+C=O+_-OHCH33、 实验仪器与试剂1、双酚A得制备及表征

9、：仪器：三口烧瓶（100ml）,烧杯，控温仪，机械搅拌器（或电磁搅拌器）,减压泵，锥形瓶，温度计熔点测定装置，温度计（200C）。试剂：苯酚，丙酮，甲苯,浓硫酸。2、双酚A环氧树脂得制备：仪器：三颈瓶（100mL）,搅拌器，温度计（2支），回流冷凝管，滴液漏斗（60mL）,恒温浴（1套），分液漏斗（250mL,1个）,旋转蒸发仪，表面皿试剂：双酚A（11g）,环氧氯丙烷（14g）,乙二胺（0、1g）,甲苯，氢氧化钠水溶液（4gNaOH溶于10mL水），甲苯30mL,蒸储水3、环氧值得测定仪器：碘瓶（125mL,2个），移液管，碱式滴定管，锥形瓶（2个）试剂：酚酗:指示剂、NaOH乙醇（100m

10、L）,浓盐酸，丙酮（80mL）,标准邻苯二甲酸氢钾4、 实验内容1 .双酚A得制备及提纯2 .双酚A得结构表征3 .双酚A环氧树脂得制备4 .环氧值得测定5 .双酚A环氧树脂应用试验5、 实验步骤1 .双酚A得制备与表征图1A、将100ml三颈瓶称量并记录。在三口瓶上装置机械搅拌器，温度计与滴液漏斗（如图2）加入11g双酚A,14g环氧氯丙烷,开动搅拌,水浴加热升温至75C,使双酚A全部溶解。日用4gNaOH§于10mL蒸储水中，配成碱液。将NaOHK溶液加入到滴液漏斗中，自滴液漏斗中缓慢加入氢氧化钠溶液至反应瓶中，注意保持反应温度在70c左右，约0、5h滴加完毕。由于环氧氯丙烷开环

11、就是放热反应，体系温度自动升高，须注意控制温度。所以开始必须加得很慢，以防止反应浓度过大凝成固体难以分散。C滴加完毕后，将滴液漏斗换成回流冷凝管（如图2）,在7580c继续反应1、52h,（温度不要超过80C）,可观察到反应混合物呈乳黄色。停止加热，冷却至室温。D向反应瓶中加入15mL蒸储水与30mL甲苯，充分搅拌后，倒入150mL得分液漏斗中，静置，分离出水层，油层用蒸储水洗涤数次，直至水层为中性且无氯离子（用AgNO溶液卞测）。将分出得有机层用常压蒸储方法除去苯、水与未反应得环氧氯丙烷。得到淡黄色粘稠得环氧树脂。E、将三颈瓶连同树脂称量，计算产率。F.双酚A得表征测定样品得熔点：用DSC测

12、定双酚A得熔点。测定双酚A得红外光谱。注意事项：1、苯酚有很强得腐蚀性，使用时要注意安全2、浓硫酸滴加时不能太快，防止放出得热使苯酚氧化。3、加碱后，混合物迅速升温。为使反应温度不超过70C,初期加碱要慢，以后随着反应物浓度得降低，加碱可适当地快些。4、分液漏斗使用前应检查盖子与活塞就是否匹配，活塞要涂上凡士林，使用时振荡摇晃几下后放气。2、环氧值得测定ANaOH乙醇溶液得标定：在锥形瓶中准确称量2g（精确到毫克，约0、01mol）邻苯二甲酸氢钾固体，加入适量水溶解，滴3滴酚血:作指示剂，用NaOHL醇溶液滴定，直至溶液刚好变红。共测两次。B取125mL碘瓶两只，各准确称取环氧树脂约1g（精确

13、到mg）,用移液管分别加入25mL盐酸-丙酮溶液，加盖摇动使树脂完全溶解。在阴凉处放置约1h,加酚儆指示剂3滴，用已标定得NaOH醇溶液滴定，同时按照上述条件作空白对比两个。环氧值E按下式计算：式中V1空白滴定所消耗NaOHf§M体积,mLV2样品消耗得NaOFH体积,mL;CNaOH§液得浓度，molL1;m树脂质量，g注意事项:A.盐酸丙酮溶液：将2mL浓盐酸溶于80mL丙酮中，混合均匀。现配现用。B.NaOH乙醇溶液：将4gNaOH§于100mL乙醇中,以酚作指示剂，用标准邻苯二甲酸氢钾溶液标定。现配现用。两个注意得：一个先把环氧树脂溶了;邻苯二甲酸氢钾要精

14、确称量粘结得玻璃片掰一掰试试强度3、环氧树脂粘结实验取两块玻璃片洗净表面（或取两块铝板用丙酮将表面擦拭干净）,用干净得表面皿称取1、3g环氧树脂,加入乙二胺0、1g,用玻璃棒调与均匀。将少量环氧树脂薄而均匀地涂敷于两块材料得表面，胶层要薄而均匀（约0、1mm）,将两块板对接合拢，并用夹具固定，室温待其固化,观察其粘结效果。注意事项：A、 应用实验可用钢铁、玻璃、聚氯乙烯塑料、瓷片等作为胶接对象。胶接前,应先对被粘物得表面进行处理：用去污粉将被粘接件表面刷洗干净,或用溶剂（如丙酮等）去除油污。当被粘件有铁锈或其她不能洗去得玷污物时,可用砂纸或其它类似物将被粘物表面打磨,以去除污物与弱表面层,并使被粘物表面粗糙化。具有一定粗糙度得表面有利于增大胶粘剂得接触面积与镶嵌得机械作用力。进一步得操作还可用化学药剂处理,以除去难除得污物与增加被