Различные модификации эпоксидной смолы

Различные модификации эпоксидной смолы

Эпоксидная смола широко используется в аэрокосмической области благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая прочность, низкая усадка, коррозионная стойкость и водонепроницаемость. Его можно использовать для структурных компонентов самолетов, структурных компонентов космических кораблей и оборудования авионики. Его также можно использовать для теплозащитных покрытий космических кораблей и материалов для химических испытаний космических кораблей. Чтобы удовлетворить требования к использованию различных продуктов, появились различные методы модификации эпоксидной смолы, такие как модификация наполнителя, модификация армирования волокна, упрочнение эластомера, модификация наноматериалов, модификация термостойкости, модификация огнестойкости, модификация светочувствительности и т. д. Новичков часто смущают эти различные модификации. Не волнуйтесь, давайте сегодня вместе рассмотрим различные модификации эпоксидной смолы.

Модификация эпоксидной смолы

Эпоксидная смола, как термореактивная смола, широко используется в таких областях, как строительство, машиностроение, электроника и электротехника, а также аэрокосмическая промышленность, благодаря своей превосходной электроизоляции, химической стабильности, адгезии и хорошей технологичности. Однако этот материал содержит большое количество эпоксидных групп. После отверждения плотность сшивки высока, что приводит к повышенным внутренним напряжениям, хрупкости, недостаточной ударопрочности, трещиностойкости, атмосферостойкости и влаго-теплостойкости, что ограничивает его дальнейшее применение в машиностроительной технике.

В последние годы, в связи с растущими требованиями к комплексным характеристикам материалов из эпоксидных смол в таких областях, как структурное склеивание, герметизация, армированные волокнами материалы, ламинаты и интегральные схемы, такие как более высокая ударная вязкость, более низкое внутреннее напряжение и превосходная термостойкость, Водостойкость и устойчивость к погодным условиям, исследования модификации эпоксидной смолы стали горячей темой в отрасли.

Я. Упрочняющая модификация эпоксидной смолы

Чтобы повысить прочность эпоксидной смолы, первоначальный метод, принятый людьми, заключался в добавлении некоторых пластификаторов и смягчителей. Однако эти низкомолекулярные вещества значительно снижают термостойкость, твердость, модуль упругости и электрические свойства материала. С 1960-х годов исследования по повышению ударной прочности эпоксидной смолы широко проводятся как внутри страны, так и за рубежом, с целью повышения ударной вязкости эпоксидной смолы без значительного снижения ее термических свойств, модуля и электрических свойств.

1. Рubber Эластомер Упрочнение эпоксидной смолы

Каучуковые эластомеры, используемые для повышения ударной прочности эпоксидной смолы, обычно представляют собой реакционноспособные жидкие полимеры с молекулярной массой от 1000 до 10000 и имеют функциональные группы на концевых или боковых группах, которые могут реагировать с эпоксидными группами.

Основные типы реактивных каучуковых эластомеров, используемых для повышения ударной прочности эпоксидной смолы, включают: бутадиен-акрилонитрильный каучук с концевыми карбоксильными группами, бутадиенакрилонитрильный каучук с концевыми гидроксильными группами, полисульфидный каучук, жидкий статистический карбоксилакрилонитрильный каучук, бутадиен-акрилонитрил-изоцианатный форполимер, полибутадиен с концевыми гидроксильными группами, полиэфир. эластомер, полиуретановый эластомер и т. д.

За последние 10 лет с применением технологии взаимопроникающих полимерных сеток произошли новые разработки в области повышения ударной прочности эпоксидной смолы с помощью каучуковых эластомеров. Взаимопроникающая полимерная сетка полибутилакрилата и эпоксидной смолы, синтезированная синхронным методом, позволила добиться удовлетворительных результатов в повышении ударной вязкости эпоксидной смолы.

2. Термопластичная смола Упрочнение эпоксидной смолы

Основными термопластичными смолами, используемыми для повышения ударной прочности эпоксидной смолы, являются полисульфон, полиэфирсульфон, полиэфиркетон, полиэфиримид, полифениленовый эфир, поликарбонат и т. д. Эти полимеры, как правило, представляют собой конструкционные пластмассы с хорошей термостойкостью и механическими свойствами, и их либо смешивают с эпоксидной смолой путем термическое плавление или в растворе.

3. Гиперразветвленный полимер, упрочняющий эпоксидную смолу

Гиперразветвленные полимеры — это новый тип полимерных материалов, появившийся только в последние 10–15 лет. Они представляют собой серию соединений с постоянно увеличивающейся молекулярной массой и сходной структурой, полученных посредством ступенчато контролируемых повторяющихся реакций с низкомолекулярными веществами в качестве точек роста. Гиперразветвленные полимеры обладают уникальной структурой, хорошей совместимостью, низкой вязкостью и другими характеристиками, поэтому их можно использовать в качестве модификаторов эпоксидных смол. Применение сверхразветвленных полимеров при упрочняющей модификации эпоксидных смол также имеет следующие преимущества:

• Сферическая трехмерная структура сверхразветвленных полимеров может снизить скорость усадки продуктов отверждения эпоксидной смолы.

• Активные концевые группы сверхразветвленных полимеров могут непосредственно участвовать в реакции отверждения, образуя трехмерную сетчатую структуру, а многочисленные концевые функциональные группы могут ускорять скорость отверждения.

• Размер и сферическая структура сверхразветвленных полимеров устраняют эффект фильтрации вредных частиц, наблюдаемый в других традиционных системах повышения ударной прочности, играя роль внутреннего повышения ударной прочности.

4. Структурированный полимер «ядро-оболочка», упрочняющий эпоксидную смолу

Полимеры со структурой ядро-оболочка относятся к классу полимерных композиционных частиц, полученных путем эмульсионной полимеризации двух или более мономеров. Внутренняя и внешняя часть частиц обогащена различными компонентами, имеющими особую двухслойную или многослойную структуру. Ядро и оболочка имеют разные функции. Контролируя размер частиц и изменяя состав полимера для модификации эпоксидной смолы, можно уменьшить внутреннее напряжение, улучшить прочность сцепления и ударопрочность, а также добиться значительного эффекта упрочнения.

II. Модификация влаго- и термостойкости

Для повышения влаго- и термостойкости эпоксидной смолы необходимо уменьшить количество полярных групп в молекулярной структуре матрицы смолы, тем самым уменьшая взаимодействие между матрицей смолы и водой, что, в свою очередь, снижает скорость водопоглощения смолы. матрица. Кроме того, оптимизация процесса формования композиционных материалов с целью минимизации образования микропустот, микротрещин и свободного объема в процессе формования также позволяет повысить их влаго- и термостойкость. Повышение степени сшивки и введение термостойких групп, таких как имино-, изоцианатные и оксазолидиноновые группы, а также формирование взаимопроникающих полимерных сеток являются важнейшими средствами повышения термостойкости. Использование анилиндифенилэфирной смолы, содержащей концевые аминогруппы, в качестве отвердителя для модификации эпоксидной смолы позволяет получить композиционные материалы с высокими начальными температурами разложения на воздухе, хорошей влаго- и термостойкостью.

III. Модификация огнестойкости

Эпоксидная смола имеет плохую огнестойкость. Для улучшения огнестойкости в эпоксидную смолу обычно вводят галогены, азот, фосфор, бор и кремний, являющиеся огнезащитными элементами. Эти элементы могут быть введены с помощью огнестойких отверждающих агентов, например, содержащих галогены, фосфор, бор и кремний, для отверждения эпоксидной смолы или путем структурной модификации эпоксидной смолы для включения огнестойких элементов в ее молекулярную структуру. Бромированная фенольная эпоксидная смола может служить реактивным антипиреном для эпоксидных смол, используемых в герметизирующих материалах.

Например, паста RP-EP с красным фосфором на основе эпоксидной смолы компании YINSU Flame Retardant Company представляет собой высокоэффективный огнестойкий продукт. Этот продукт отличается высокой огнезащитной эффективностью, малым количеством добавок и низкой стоимостью. Пастообразная форма облегчает обработку и эксплуатацию, исключает загрязнение пылью, обеспечивает безопасное использование. Благодаря мелкому размеру частиц (D50 до 2500 меш) он оказывает минимальное влияние на гладкость поверхности готового продукта. Кроме того, он не содержит галогенов и экологически безопасен, соответствует нормам RoHS и REACH.

IV. Модификация фторирования

Фторирующая модификация эпоксидной смолы направлена ​​на оптимизацию ее свойств путем добавления атомов фтора или фторированных групп, включая повышение термостойкости, коррозионной стойкости, гидрофобности, влагостойкости, диэлектрических свойств, устойчивости к загрязнению, огнестойкости и механических свойств. Эти модифицированные материалы благодаря своей превосходной термостойкости, коррозионной стойкости и характеристикам низкого трения широко используются в специальных областях, таких как солнечные панели для аэрокосмической отрасли, покрытия для кораблей и клеи для оптических волокон.

Поскольку атомы фтора имеют высокую электроотрицательность и образуют прочные связи с атомами углерода, а между атомами фтора существует значительное отталкивание, затрудняющее внутреннее вращение молекулярных связей, фторированные эпоксидные смолы обладают превосходной коррозионной стойкостью, электроизоляцией, гидрофобностью и антикоррозийными свойствами. -свойства загрязнения и хорошая смачиваемость клеев. 9,10-Дигидро-9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксид (ДОФО) как новый огнестойкий модифицирующий мономер нашел практическое применение. В результате реакции ДОФО с эпоксидной смолой с бисфенолом А образуется фосфорсодержащая эпоксидная смола, которая пользуется популярностью благодаря своим превосходным огнезащитным свойствам и экологичности.

Синтез фторированных эпоксидных смол в основном включает четыре метода:

• Метод полимеризации мономера: Это включает полимеризацию фторированных мономеров для получения фторированных эпоксидных смол. Например, Рао Цзяньбо и другие синтезировали новый тип фторированной эпоксидной смолы, подходящей для покрытий, которая показала хорошую коррозионную стойкость и определила оптимальные условия реакции.

• Метод введения фторида: Также известный как метод прививки, он использует фторированные модификаторы для прививки эпоксидных смол. Некоторые исследователи синтезировали новый тип фторированного отвердителя эпоксидной смолы, который после реакции с эпоксидной смолой давал клеи с высокой прочностью сцепления при комнатной температуре и низким водопоглощением.

• Метод физического смешивания: Это предполагает непосредственное смешивание фторированных полимеров или добавок с эпоксидными смолами. Некоторые исследователи улучшили межфазные и механические свойства эпоксидных смол путем смешивания фторированной эпоксидной смолы с тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметаном.

• Метод прямого фторирования: Это предполагает прямое введение атомов фтора или фторированных групп в молекулярную цепь эпоксидной смолы химическими средствами. Некоторые исследователи добились фторирования эпоксидных смол с помощью технологии низкотемпературной плазмы, улучшив их поверхностные свойства.

После модификации фторированием поверхностное натяжение эпоксидных смол снижается, что повышает гидрофобность и устойчивость к загрязнениям. Молекулярная структура становится более компактной, улучшая коррозионную стойкость и термостойкость. Показатель преломления регулируется, что делает его пригодным для оптических клеев. диэлектрические свойства улучшаются, что делает его пригодным для изготовления электронных и электроизоляционных материалов. Хотя фторированные эпоксидные смолы стоят дороже, методы их синтеза развиваются в сторону экологичности и экономичности, и в основном они используются в областях с высокими эксплуатационными требованиями.

В. Модификация фосфора

Модификация фосфором, являющаяся основной тенденцией в области огнестойкости эпоксидных смол, придает системам эпоксидных смол превосходные огнезащитные свойства благодаря своим огнезащитным свойствам и характеристикам увеличения обугленности как в газовой, так и в конденсированной фазе. По сравнению с галогенсодержащими соединениями, эпоксидные смолы, модифицированные фосфором, при горении выделяют значительно меньше дыма и вредных газов. Фосфорные элементы можно эффективно вводить в эпоксидные смолы посредством фосфорсодержащих эпоксидных систем.

Некоторые исследователи разработали фосфорсодержащие бифункциональные и трифункциональные циклоалифатические эпоксидные смолы. Эти смолы обладают высокими температурами стеклования, отличной способностью к повторной переработке, высоким механическим модулем и безгалогенными огнезащитными свойствами, что делает их пригодными для экологически чистой оптоэлектронной и микроэлектронной упаковки. Увеличение высокой температуры стеклования обеспечивает механические свойства и стабильность материала в высокотемпературных средах.

Исследователь синтезировал 10-(2,5-дигидроксифенил)-9,10-дигидро-9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксид (DHPDOPO), органическое соединение фосфора, которое проявляет хорошие огнезащитные свойства. Когда фосфорсодержащие эпоксидные смолы используются в сочетании с азотсодержащими отвердителями, такими как новолак, фенольный меламин и дициандиамид, их огнезащитные свойства еще больше улучшаются.

Исследователи разработали фосфорсодержащую силиконовую эпоксидную смолу. Эта смола сохраняет превосходную термическую стабильность, высокие механические свойства и огнестойкость при температурах выше 400°C. Смолу получают с использованием триаммонийфосфата, полисилоксана с эпоксидными функциональными группами и эпоксидной смолы с бисфенолом-F в качестве сырья и ДДМ в качестве отверждающего агента.

Введение соединений фосфора и их синергическое действие с другими элементами существенно улучшают термическую стабильность, механические свойства и огнезащитные свойства эпоксидных смол, открывая широкие перспективы их применения в области высокоэффективных и экологически чистых огнезащитных материалов. материалы.

VI. Модификация кремния

Кремний, как экологически чистый антипирен, может эффективно улучшить огнезащитные характеристики эпоксидных смол.

Существует два основных метода приготовления таких смол:

• Реакции этерификации и этерификации: Посредством реакций этерификации и этерификации алкоксисиланов с глицидиловыми эфирами или реакций конденсации силоксанов с эпихлоргидрином.

• Силановое гидросилилирование: С точки зрения механизма реакции эти два метода можно разделить на физическое смешивание и модификацию привитого сополимера. Смолы, полученные с помощью этих методов, сочетают в себе характеристики силиконовых и эпоксидных смол.

Некоторые исследователи использовали кремнийсодержащие эпоксиды или преполимеры в сочетании с отвердителями 4,4'-диаминодифенилметана для получения эпоксидных смол с различным содержанием кремния. По сравнению с традиционными эпоксидными смолами соединения на основе кремния проявляют более высокую реакционную способность с аминными отвердителями. С увеличением содержания кремния температура стеклования материала умеренно снижается, а начальная температура термического разложения снижается, но увеличивается доля полукоксового остатка при пиролизе. Добавление кремния значительно повышает огнестойкость эпоксидных смол, о чем свидетельствует их более высокий предельный кислородный индекс (значение LOI).

Некоторые исследователи синтезировали силикон-эпоксидную смолу (СЭС) путем гидролиза и конденсации 2-(3,4-эпоксициклогексилметил)этилтриметоксисилана (ЭМДС) и его сополиконденсации с диметилдиметоксисиланом. По сравнению с коммерческими материалами для герметизации светодиодов (эпоксидной смолой CEL-2021P), отвержденная SiE-смола демонстрирует превосходную термическую стабильность, а также устойчивость к нагреву и ультрафиолетовому излучению. Число эпоксидной смолы оказывает существенное влияние на термомеханические свойства, термическое старение и эффективность УФ-старения отвержденной SiE-смолы. По мере уменьшения количества эпоксидной смолы гибкость эпоксидной смолы увеличивается, в то время как смола с соответствующим числом эпоксидной смолы демонстрирует наибольшую устойчивость к теплу и ультрафиолетовому излучению.

VII. Химическая модификация

Изменяя структуру эпоксидных смол и вводя в молекулы эпоксидных смол определенные химические группы, можно улучшить характеристики эпоксидных смол и расширить область их применения. Например, при взаимодействии акриловой или метакриловой кислоты с некоторыми эпоксидными группами в эпоксидных смолах образуются двойные связи углерод-углерод, сохраняя при этом некоторые эпоксидные группы в молекуле. Эта модификация наделяет эпоксидную смолу как светочувствительными характеристиками, так и некоторыми превосходными свойствами эпоксидных смол. Альтернативно, путем введения гидрофильных групп в молекулу эпоксидные смолы можно модифицировать в водорастворимые эпоксидные смолы, придавая модифицированным эпоксидным смолам вододиспергируемость.

В заключение отметим, что эпоксидная смола, типичная термореактивная смола, широко используется в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, электроника и строительство, благодаря своей высокой термической стабильности, хорошей термостойкости и выдающимся механическим свойствам. Его главная особенность заключается в том, что во время отверждения он не образует свободных радикалов. Целью этих модификаций является повышение характеристик эпоксидной смолы и расширение диапазона ее применения.

Чтобы удовлетворить потребности эпоксидных смол в огнезащитных средствах в высокопроизводительной области, компания Yinsu Flame Retardant постоянно внедряет инновации и разрабатывает, а также выпускает ряд профессиональных антипиренов для эпоксидных смол, в том числе бромированную эпоксидную смолу, эпоксидную смолу с красной фосфорной пастой и бромом. антипирен сурьмы. Эти продукты могут эффективно сохранять свои механические свойства и стабильность, одновременно улучшая огнезащитные свойства материала. Они широко используются в электронике, аэрокосмической и других высокотехнологичных отраслях промышленности, становясь идеальным выбором в этой отрасли. Мы стремимся предоставлять клиентам более безопасные и экологически чистые решения, а также способствовать технологическому прогрессу и разработке применений материалов на основе эпоксидных смол.