淺談環氧樹脂膠粘劑的發展前景

  摘 要:作為一種具有良好粘結力及耐腐蝕性能的高分子材料,環氧樹脂以其優良的機械強度和絕緣性能于其他熱固性高分子材料,成為現階段漆類產品發展的趨勢和代表,并在國民經濟產業構成中起到了相當重要的作用,其技術水平及推廣應用的范圍已成為衡量工業化水平的一個重要指標。本文從對環氧樹脂特性與用途的分析入手,綜述了國內外環氧樹脂膠粘劑消費市場及其應用的現狀,并重點對環氧樹脂膠粘劑的技術應用進展情況加以闡述和說明
  關鍵詞:環氧樹脂膠粘劑 應用進展
  一、引言
  環氧樹脂是指分子中含有環氧基團的高分子化合物的統稱,在各類環氧樹脂中,產量大,應用廣的是由環氧氯丙烷與二酚基丙烷在堿的作用下縮聚而成的具有線型結構的熱塑性的高聚物。作為膠黏劑使用時,一般為低分子量液體環氧樹脂,其分子量一般在340-700之間。環氧樹脂有極強的粘結力,它對大部分材料如:木材、金屬、玻璃、塑料、皮革、陶瓷、纖維等都有良好的粘結性能,只對少數材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等粘結力較差。近年來,環氧樹脂總的發展趨勢是尋找高耐熱性、高強度、高韌性,以及能在低溫或其他特殊環境下固化的、操作簡便的新穎樹脂體系。通常情況下,工程上應用的環氧樹脂膠粘劑主要是由基料、稀釋劑、固化劑等原料配置而成的,由于其低廉的成本,良好的粘接性能和簡便的粘結工藝已在汽車制造、電子電器及航天工業領域得到了廣泛的推廣和應用?,F階段,隨著對環氧樹脂特性的深入研究,新工藝、新配方得到了不斷的使用,具有高性能的環氧樹脂膠粘劑陸續出現。因而對于近年來環氧樹脂膠粘劑發展狀況及相關技術應用的研究具有非常重要的現實意義。
  二、環氧樹脂膠粘劑特性與應用分析
  環氧樹脂具有許多獨特的優良性能,主要表現在以下幾個方面:
  1.良好的加工工藝性;
  2.高度的粘結力;
  3.收縮性??;
  4.穩定性好;
  5.具有優良的電絕緣性能;
  6.由于結構中含有環氧基、醚鍵等,同時結構很緊密,所有有良好的機械性能;
  7.因含有穩定的苯環及醚鍵,因而熱穩定性也很好;
  8.吸水率低,室溫下的吸水率在0.5%以下。
  由于環氧樹脂具有優良的粘結性、絕緣性以及耐化學腐蝕性等優異的特點,所以在許多工業部門,包括造船、化工、電器直至國防、航天飛船等方面都得到極為廣泛的應用,它可以作膠粘劑、作層壓材料、作澆筑等磨具,并可以用作涂料等,特別是近年來,許多性能優異的新品種相繼問世,使環氧樹脂的用途越來越廣。環氧樹脂對金屬與金屬,金屬與非金屬等材料都有很強的粘結力,故而用途廣泛的膠粘劑,熟稱“萬能膠”。用它粘合拖拉機及起重機上的吊件可以承受12噸的載荷。由于環氧樹脂可以在室溫固化,固化后又可經受高低溫作用,這就對一些不能經受高溫的精密部件的緊固極為適用,光學儀器,蜂巢結構材料等的的膠粘劑已廣泛使用環氧樹脂。
  環氧樹脂粘接力的機械性能,物理性能和電性能,可以通過不同類型的樹脂和用不同類型的輔助劑來加以改。還通過特殊配方和應用工藝,縮短固化時間,提高耐熱性,并且可以在短時間內耐熱溫度達300℃以上。作為膠粘劑它有如下特點:能膠合薄厚不同的各種材料,能膠合二種不同金屬材料或各種金屬和非金屬材料,連接后又完全平整的表面;膠縫不漏氣,耐化學腐蝕,有絕緣和密封性等性能;不用鉆孔,因而不會減小強度;應力均勻;膠合工藝簡單,能夠大幅降低生產成本。
  三、國內外環氧樹脂膠粘劑發展現狀分析
  1.國外環氧膠市場現狀分析
  近10 年來,美國和西歐環氧樹脂消費市場年均增長率分別為2%和117 %。1999 年美國消費量為5萬噸,如果按照之前2005~2010年美國年增長率的2%計算的話,那么到2015年美國環氧樹脂消費量將遞增到20萬噸左右。美國近年來消費增長主要在汽車和工業方面,其消費比例分別為20 %和35 % ,今后幾年其消費比例不會發生較大改變。美國目前有200 多家公司生產環氧膠粘劑,其中較大的有十幾家,環氧樹脂膠粘劑約占環氧樹脂總產量的10 %。
  西歐環氧樹脂膠粘劑占環氧樹脂總產量的5.8 %,主要集中在英、法、德3國,其產量約占西歐環氧膠總量的60 %。
  而我們的近鄰日本,其環氧膠市場2010年產量為3.7萬t,消費比例大的是建筑業,占53 %;其次是土木工程,占30 %。
  2.國內環氧膠粘劑市場現況分析
  我國環氧樹脂是從上世紀50年代末開發研制的,經過40 多年的發展,特別是改革開放以來,隨著國民經濟的飛速發展,環氧膠粘劑產量和消費量逐年遞增。1999 年我國環氧樹脂粘劑產量為2.5萬噸 ,2002 年即達到3.5萬t ,2010年為9萬噸。目前我國大陸及臺灣省有多家從事環氧樹脂膠粘劑研發生產的科研單位和公司,如天津合成材料工業研究所、黑龍江省石油化學所、長春人造、興亞化學等單位。在我國環氧膠主要用于土木工程、建筑、電機、制鞋、木工、膠合板和電子工業等領域。
  四、環氧樹脂膠粘劑新技術應用進展
  1.高強度環氧樹脂膠粘劑
  要提高環氧樹脂強度,一般通過添加第二組分來增韌樹脂,提高環氧樹脂的韌性。主要有液態橡膠增韌、聚氨酯增韌、彈性微球增韌、熱致液晶聚合物(TLCP) 增韌和聚合物共混、共聚改性等。
  2.水性環氧膠粘劑
  環氧樹脂本身一般水性化較難,目前使環氧樹脂水性化的方法主要有:醚化、酯化、接枝和聚合型乳化劑乳液聚合等方法。對引入羧基使環氧樹脂水基化的乳液,可以應用能與羧基交聯的固化劑,比如聚氮丙啶樹脂和碳酰胺等。
  3.環氧樹脂壓敏膠
  由環氧樹脂、丁腈橡膠、雙氰胺和22甲基咪唑等的丁酮溶液,涂布紙上干燥后得到壓敏膠帶,其耐熱性能和耐濕性能優良。如環氧樹脂與羧端基聚丁二烯、唑啉等配合制備壓敏膠,其剝離強度也非常高。
  五、結語
  現階段,隨著國內工業化進程的不斷深入和發展,對于環氧樹脂膠粘劑尤其是具有優良性能的高端產品的需求量呈現出逐年遞增的趨勢,而相對落后的工藝現狀已成為限制國內環氧膠發展的主要因素。因而避免低工藝水平項目的重復建設,不斷拓展高端產品及綠色產品成為我國環氧樹脂膠粘劑生產企業的當務之急。