环氧树脂和乙烯基树脂优缺点

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乙烯基树脂,也称为乙烯基酯树脂,是由环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制得的的热固性树脂。由于乙烯基树脂具有有良好的力学性能、韧性、耐热性和黏结性,优异的耐化学性及便于固化的特性,其应用领域正在不断扩大。那么,乙烯基树脂和环氧树脂到底有何区别?今天贤集网小编,给大家全方位对比一下两种树脂,让你一次弄清楚乙烯基树脂和环氧树脂的种类、优缺点、应用和工艺。

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一、乙烯基树脂的种类及优缺点

首先,先来认识一下乙烯基树脂。乙烯基树脂全名环氧乙烯基酯树脂( Epoxy Vinyl Ester Resin,英文缩写VER),也简称为乙烯基酯树脂、乙烯酯树脂,是一种热固性树脂。乙烯基树脂兼具了环氧树脂( Epoxy Resin) 和不饱和聚酯树脂( Unsaturate Polyester Rein) 的优点,即高强度、耐化学腐蚀和良好工艺性能;而且没有环氧树脂的显著缺点——高粘度、不易加工及高成本。乙烯基树脂由环氧树脂(如双酚A或四溴双酚A环氧树脂、环氧酚醛清漆及二环氧化聚氧化丙烯等)和不饱和一元羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸等)反应得到。由于树脂合成的工艺和方法的不同,乙烯基树脂的结构、性能及应用也有差别。

乙烯基树脂( VER)的类型包括:

①双酚A通用型VER

双酚A 通用型 VER 是由甲基丙烯酸与双酚 A 二缩水甘油醚型环氧树脂通过开环加成反应合成的溶于苯乙烯溶剂的溶液。

②溴化双酚 A 环氧乙烯基酯树脂

溴化双酚 A 环氧乙烯基酯树脂( 阻燃型环氧乙烯基酯树脂) 一般采用溴化双酚 A 环氧树脂开环合成。

由于树脂中含溴, 因此阻燃型环氧乙烯基酯树脂既具有与通用型双酚 A环氧乙烯基酯树脂相同的耐化学性, 同时又赋予树脂自熄性。

③酚醛环氧型乙烯基酯树脂

酚醛环氧树脂引入乙烯酯树脂的骨架中, 合成的环氧乙烯基酯树脂一般称 NOVOLAC 型环氧乙烯基酯树脂, 树脂具有较高的热稳定性。

固化后的酚醛环氧乙烯基酯树脂,交联密度高、耐热性好,可延长使用寿命并且具有优良的耐腐蚀性,特别对含氯溶液或有机溶剂耐腐蚀性好。

④高交联密度酚醛环氧乙烯基酯树脂

为了适应耐高温强度情况的需要,较多厂家对酚醛环氧乙烯基酯树脂进行了改性,提高了树脂的交联密度和耐热性能,具有优良的耐酸、耐溶剂腐蚀性和抗氧化性能,适用于各种高温强腐蚀情况,如吸收塔、含有各种废气的高温烟囱等。

⑤光敏乙烯基树脂

由于乙烯基树脂树脂的中的不饱和双键在分子链端,活性较高,同时配以分子设计,如采用高环氧值的环氧树脂,采用丙烯酸取代甲基丙烯基酸合成后的乙烯基树脂,加入光引发剂(如苯醌、苯偶姻醚等),用以吸收紫外线能量,并传递给树脂系统,而使乙烯基树脂进行聚合固化。

此类树脂可以用于印刷、光敏油墨等,在油漆工业上用作光敏涂料,在无线电工业中用作PCB上的光致抗蚀膜。

⑥柔性乙烯基酯树脂

为了适应各种防腐蚀工程施工的需要,出现了柔性乙烯基酯树脂,柔性乙烯基酯树脂具有对钢和混凝土表面很高的粘接性,与传统的环氧乙烯基酯树脂相比,其延伸率更高,粘接强度大大的提高,抗冲强度提高近4倍,层间强度提高20%,并具有独特的耐磨性。

除了上面介绍的品种,还有PU 改性环氧乙烯基酯树脂、SMC/ BMC 用环氧乙烯基酯树脂、辐射固化环氧乙烯基酯树脂等等。

在国外经过50年的开发和应用开拓,在国内经过20多年的探索,乙烯基酯树脂已经发展成一系列具有特殊功能的高性能热固性树脂,在复合材料、防腐蚀、涂料、胶黏剂等很多领域已经得到了广泛的应用。

二、环氧树脂的种类及优缺点

同样,我们先来简单介绍一下环氧树脂。

环氧树脂(Epoxy Resin)是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物的高分子低聚体(Oligomer)。当聚合度n为零时,称之为环氧化合物,简称环氧化物(Epoxide)。

环氧树脂的种类很多,并且不断有新品种出现。环氧树脂的分类方法也很多。通常按其化学结构和环氧基的结合方式大体上分为五大类:(1)缩水甘油醚类,(2)缩水甘油酯类,(3)缩水甘油胺类,(4)脂肪族环氧化合物,(5)脂环族环氧化合物。

下面详细介绍一下常见环氧树脂的类型及特点。

①双酚A型环氧树脂

双酚A(即二酚基丙烷)型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醚。在环氧树脂中它的原材料易得、成本最低,因而产量最大。其在我国约占环氧树脂总产量的90%,在世界约占环氧树脂总产量的75%~80%。

因其用途最广,故被称为通用型环氧树脂。

双酚A型环氧树脂的分子结构决定了它的性能具有热固性,能与多种固化剂,催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物,几乎能满足各种使用需求。主要缺点是:耐热性和韧性不高,耐湿热性和耐候性差。

②双酚F型环氧树脂

这是为了降低双酚A型环氧树脂本身的粘度并具有同样性能而研制出的一种新型环氧树脂。通常是用双酚F(二酚基甲烷)与环氧氯丙烷在NaOH作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。

双酚F型环氧树脂的特点是黏度小,不到双酚A型环氧树脂黏度的1/3,对纤维的浸渍性好。其固化物的性能与双酚A型环氧树脂几乎相同,但耐热性稍低而耐腐蚀性稍优。液态双酚F型环氧树脂可用于无溶剂涂料、胶粘剂、铸塑料、玻璃钢及碳纤维复合材料等。

③多酚型缩水甘油醚环氧树脂

多酚型缩水甘油醚环氧树脂是一类多官能团环氧树脂。在其分子中有两个以上的环氧基,因此固化物的交联密度大,具有优良的耐热性、强度、模量、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。

④脂肪族缩水甘油醚环氧树脂

脂肪族缩水甘油醚环氧树脂是由二元或多元醇与环氧氯丙烷在催化剂作用下开环醚化,生成氯醇中间产物,再与碱反应,脱HCl闭环,形成缩水甘油醚。

脂肪族缩水甘油醚环氧树脂是由二个或二个以上环氧基与脂肪链直接相连而成。在分子结构里没有苯环、脂环和杂环等环状结构。这类树脂绝大多数粘度很小,大多数品种居于偶水溶性,大多数是长链型分子,因此富有柔韧性。但其耐热性较差。

⑤缩水甘油酯类环氧树脂

缩水甘油胺型环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较,具有粘度低,使用工艺性好;粘合力比通用环氧树脂高,固化物力学性能好;电绝缘性好、耐气候性好,并且具有良好的耐超低温性,在超低温条件下,仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度,透光性、耐气候性好。

⑥脂环族环氧树脂

脂环族环氧树脂是低分子化合物,黏度小、工艺性好。可作为活性稀释剂用。环氧当量小,交联密度大,再加上有热稳定性好的刚性脂环,因此耐热性高,但较脆,韧性差。固化收缩小,拉伸强度高。由于合成过程中不含Cl、Na等离子,所以电性能好,尤其是高温电性能及耐电弧性好。不含苯环,因而耐紫外线及耐候性好。

三、乙烯基树脂和环氧树脂的性能对比

1、乙烯基树脂性能特点

①乙烯基树脂秉承了环氧树脂的优良特性,固化性和成型性方面更为出色,能溶解于苯乙烯以及丙烯酸系单体。

②树脂粘度低,可常温固化,操作方便,施工不受季节限制。

③具有优良的耐腐蚀性能,耐碱性与环氧树脂相似,耐酸性与抗氧化性与双酚不饱和聚酯树脂相似。交联密度高的乙烯基树脂有良好的溶剂耐性。

2、环氧树脂性能特点

①力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力,分子结构致密,所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型固性树脂。

②附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团,赋予环氧固化物对于金属陶瓷、玻璃、混凝土、木材等极性基材以优良的附着力。

③固化收缩率小。一般为1%-2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一。

④工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物,所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。

⑤抗化学药品性能优良。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。

四、乙烯基树脂和环氧树脂的应用对比

1、乙烯基树脂应用领域

按行业划分,全球乙烯基树脂市场主要分为三类:复合材料、油漆、涂料以及其他。乙烯基树脂基复合材料广泛应用于管道、储罐、建筑、运输等行业。

乙烯基树脂极佳的耐腐蚀性以及优异的物理化学性能, 使其成为大量化工防腐蚀 FRP 工程之首选材料。如玻璃钢槽罐、管道、塔器以及耐腐蚀格栅等;防腐蚀工程,如高耐腐蚀地坪、高强度FRP制品;重防腐玻璃鳞片涂料、鳞片胶泥;电厂脱硫防腐,耐高温,耐强酸强碱;化工车间工作台耐酸耐碱耐高温防腐等。

近年来,随着乙烯基酯树脂的特殊功能化的创新与发展,在下游众多领域得到了一些新的应用:

1)乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥在非热电厂烟气脱硫领域得到了很好的推广和应用,尤其是玻璃钢/胶泥复合衬里在化工行业池槽衬里领域得到了越来越多的推广和应用;

2)厚浆型乙烯基酯树脂类涂料,包含鳞片涂料和非鳞片涂料,已经得到了大量推广和应用;300μm膜厚的乙烯基酯树脂涂料市场上已经开始起步,并呈现高速增长的趋势;

3)高氧指数与低烟密度兼顾的乙烯基酯树脂在耐蚀阻燃兼顾的FRP领域得到了推广和应用;

4)零收缩、高韧性的乙烯基酯树脂在FRP头盔、钓鱼竿等领域得到了广泛的推广和应用;

5)高强度、高延伸率兼顾的乙烯基酯树脂在一些特殊要求的FRP结构件领域得到了广泛的推广和应用;

6)耐超高温(气相200℃以上)、耐超低温(―40℃)的特殊功能化乙烯基酯树脂得到了推广和应用;

7)乙烯基酯树脂在特殊电气材料(如机车用绝缘FRP、半导体碳棒等)领域得到了一些推广和应用;

2、环氧树脂应用领域

环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料,在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。

①涂料

环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例,它能制成各具特色、用途各异的品种。其共性:1)耐化学品性优良,尤其是耐碱性;2)漆膜附着力强,特别是对金属;3)具有较好的耐热性和电绝缘性;4)漆膜保色性较好。

环氧树脂涂料主要用作防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆,但杂环及脂环族环氧树脂制成的涂料可以用于户外。

②胶粘剂

环氧胶粘剂是结构胶粘剂的重要品种。环氧树脂除了对聚烯烃等非极性塑料粘结性不好之外,对于各种金属材料如铝、钢、铁、铜;非金属材料如玻璃、木材、混凝土等;以及热固性塑料如酚醛、氨基、不饱和聚酯等都有优良的粘接性能,因此有万能胶之称。

③电子电器材料

由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点,已在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用,发展很快。

主要用于:1)电器、电机绝缘封装件的浇注;2)用于装有电子元件和线路的器件的灌封绝缘。3)电子级环氧模塑料用于半导体元器件的塑封;4)此外,环氧层压塑料、环氧绝缘涂料、绝缘胶粘剂、电胶粘剂也有大量应用。

④工程塑料和复合材料

环氧工程塑料主要包括用于高压成型的环氧模塑料和环氧层压塑料,以及环氧泡沫塑料。环氧工程塑料也可以看作是一种广义的环氧复合材料。环氧复合材料是化工及航空、航天、军工等高技术领域的一种重要的结构材料和功能材料。

⑤土建材料

环氧树脂在建筑领域,主要用作防腐地坪、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场跑道、快速修补材料、加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等。来源:贤集网

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