Verschiedene Modifikationen von Epoxidharz

Verschiedene Modifikationen von Epoxidharz

Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wie hohe Festigkeit, geringe Schrumpfung, Korrosionsbeständigkeit und Wasserdichtigkeit wird Epoxidharz häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Es kann für Strukturkomponenten von Flugzeugen, Strukturkomponenten von Raumfahrzeugen und Avionikausrüstung verwendet werden. Es kann auch für Wärmeschutzbeschichtungen von Raumfahrzeugen und chemische Testmaterialien für Raumfahrzeuge verwendet werden. Um den Verwendungsanforderungen verschiedener Anwendungsprodukte gerecht zu werden, sind verschiedene Modifikationsmethoden für Epoxidharz entstanden, wie z. B. Füllstoffmodifikation, Faserverstärkungsmodifikation, Elastomerzähigkeit, Nanomaterialmodifikation, Hitzebeständigkeitsmodifikation, flammhemmende Modifikation und lichtempfindliche Modifikation usw. Anfänger sind durch diese verschiedenen Modifikationen oft verwirrt. Machen Sie sich keine Sorgen, lassen Sie uns heute gemeinsam die verschiedenen Modifikationen von Epoxidharz erkunden.

Modifikation von Epoxidharz

Epoxidharz wird als duroplastisches Harz aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Isolierung, chemischen Stabilität, Haftung und guten Verarbeitbarkeit häufig in Bereichen wie Bauwesen, Maschinenbau, Elektronik und Elektrik sowie Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Allerdings enthält dieses Material eine große Anzahl an Epoxidgruppen. Nach dem Aushärten ist die Vernetzungsdichte hoch, was zu erhöhter innerer Spannung, Sprödigkeit und unzureichender Schlagzähigkeit, Rissfestigkeit, Witterungsbeständigkeit und Feuchtigkeits-Hitze-Beständigkeit führt, was die weitere Anwendung in der Ingenieurtechnik einschränkt.

In den letzten Jahren stiegen die Anforderungen an die umfassende Leistung von Epoxidharzmaterialien in Bereichen wie Strukturverklebung, Einkapselung, faserverstärkte Materialien, Laminate und integrierte Schaltkreise, wie z. B. höhere Zähigkeit, geringere innere Spannung und ausgezeichnete Wärmebeständigkeit. Wasserbeständigkeit und Wetterbeständigkeit: Die Forschung zur Modifizierung von Epoxidharz ist zu einem heißen Thema in der Branche geworden.

ICH. Härtende Modifikation von Epoxidharz

Um die Zähigkeit von Epoxidharz zu erhöhen, bestand die anfängliche Methode darin, einige Weichmacher und Weichmacher hinzuzufügen. Allerdings würden diese niedermolekularen Substanzen die Hitzebeständigkeit, Härte, den Modul und die elektrischen Eigenschaften des Materials stark beeinträchtigen. Seit den 1960er Jahren wird im In- und Ausland umfassend an der Zähigkeitsmodifizierung von Epoxidharz geforscht, mit dem Ziel, die Zähigkeit von Epoxidharz zu verbessern, ohne seine thermischen Eigenschaften, seinen Modul und seine elektrischen Eigenschaften wesentlich zu verringern.

1. RGummielastomer-Verstärkung von Epoxidharz

Die zum Zähmachen von Epoxidharz verwendeten Kautschukelastomere sind im Allgemeinen reaktive flüssige Polymere mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 10000 und verfügen über funktionelle Gruppen an den End- oder Seitengruppen, die mit Epoxidgruppen reagieren können.

Zu den Haupttypen reaktiver Kautschukelastomere, die zum Härten von Epoxidharzen verwendet werden, gehören: Carboxyl-terminierter Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Hydroxyl-terminierter Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, flüssiger Random-Carboxyl-Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Butadien-Acrylnitril-Isocyanat-Präpolymer, Hydroxyl-terminiertes Polybutadien, Polyether Elastomer, Polyurethan-Elastomer usw.

In den letzten 10 Jahren gab es mit der Anwendung der Technologie der interpenetrierenden Polymernetzwerke neue Entwicklungen bei der Zähigkeitsfestigung von Epoxidharz mit Gummielastomeren. Das durch das Synchronverfahren synthetisierte interpenetrierende Polymernetzwerk aus Polybutylacrylat und Epoxidharz hat zufriedenstellende Ergebnisse bei der Verbesserung der Zähigkeit von Epoxidharz erzielt.

2. Thermoplastische Harzhärtung von Epoxidharz

Die wichtigsten thermoplastischen Harze, die zur Zähigkeitsmodifikation von Epoxidharzen verwendet werden, sind Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyetherimid, Polyphenylenether, Polycarbonat usw. Bei diesen Polymeren handelt es sich im Allgemeinen um technische Kunststoffe mit guter Wärmebeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften, die entweder in Epoxidharz eingemischt werden thermisches Schmelzen oder in Lösung.

3. Hyperverzweigte Polymerverstärkung von Epoxidharz

Hyperverzweigte Polymere sind eine neue Art von Polymermaterialien, die erst in den letzten 10 bis 15 Jahren entstanden sind. Dabei handelt es sich um eine Reihe von Verbindungen mit kontinuierlich steigendem Molekulargewicht und ähnlichen Strukturen, die durch schrittweise kontrollierte, sich wiederholende Reaktionen mit niedermolekularen Substanzen als Wachstumspunkten erhalten werden. Hyperverzweigte Polymere verfügen über einzigartige Strukturen und eine gute Kompatibilität, niedrige Viskosität und andere Eigenschaften, sodass sie als Modifikatoren für Epoxidharze verwendet werden können. Der Einsatz von hyperverzweigten Polymeren bei der Zähigkeitsmodifizierung von Epoxidharz bietet darüber hinaus folgende Vorteile:

• Die sphärische dreidimensionale Struktur hyperverzweigter Polymere kann die Schrumpfungsrate von Epoxidharz-Härtungsprodukten verringern.

• Die aktiven Endgruppen hyperverzweigter Polymere können direkt an der Härtungsreaktion teilnehmen und so eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden, und die zahlreichen terminalen funktionellen Gruppen können die Härtungsgeschwindigkeit beschleunigen.

• Die Größe und Kugelstruktur hyperverzweigter Polymere eliminiert den schädlichen Partikelfiltrationseffekt, der bei anderen herkömmlichen Zähigkeitssystemen beobachtet wird, und spielt eine interne Zähigkeitsrolle.

4. Kern-Schale-strukturierte Polymerhärtung von Epoxidharz

Polymere mit Kern-Schale-Struktur beziehen sich auf eine Klasse von Polymerkompositpartikeln, die durch Emulsionspolymerisation von zwei oder mehr Monomeren erhalten werden. Die Partikel sind innen und außen mit unterschiedlichen Komponenten angereichert und weisen eine spezielle Doppel- oder Mehrschichtstruktur auf. Kern und Hülle haben unterschiedliche Funktionen. Durch die Steuerung der Partikelgröße und die Änderung der Zusammensetzung des Polymers zur Modifizierung von Epoxidharz können innere Spannungen reduziert, die Haftfestigkeit und Schlagfestigkeit verbessert und ein deutlicher Zähigkeitseffekt erzielt werden.

II. Modifikation der Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit

Um die Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit von Epoxidharz zu verbessern, ist es notwendig, die Anzahl der polaren Gruppen in der Molekülstruktur der Harzmatrix zu verringern, wodurch die Wechselwirkung zwischen der Harzmatrix und Wasser verringert wird, was wiederum die Wasserabsorptionsrate des Harzes verringert Matrix. Darüber hinaus kann die Optimierung des Formprozesses von Verbundwerkstoffen zur Minimierung der Bildung von Mikrohohlräumen, Mikrorissen und freiem Volumen während des Formprozesses auch deren Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit verbessern. Die Erhöhung des Vernetzungsgrades und die Einführung hitzebeständiger Gruppen wie Imino-, Isocyanat- und Oxazolidinongruppen sowie die Bildung interpenetrierender Polymernetzwerke sind die wichtigsten Mittel zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit. Die Verwendung von Anilin-Diphenylether-Harz mit endständigen Aminogruppen als Härter zur Modifizierung von Epoxidharz führt zu Verbundwerkstoffen mit hohen anfänglichen Zersetzungstemperaturen an der Luft und guter Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit.

III. Flammhemmende Modifikation

Epoxidharz hat eine schlechte Flammhemmung. Um die Flammhemmung zu verbessern, werden dem Epoxidharz typischerweise Halogene, Stickstoff, Phosphor, Bor und Silizium zugesetzt, die flammhemmende Elemente sind. Diese Elemente können eingeführt werden, indem flammhemmende Härter, beispielsweise solche, die Halogene, Phosphor, Bor und Silizium enthalten, zum Aushärten des Epoxidharzes verwendet werden, oder indem das Epoxidharz strukturell modifiziert wird, um flammhemmende Elemente in seine Molekülstruktur einzubauen. Bromiertes Phenolepoxidharz kann als reaktives Flammschutzmittel für Epoxidharze dienen, die in Verkapselungsmaterialien verwendet werden.

Beispielsweise ist die rote Phosphorpaste RP-EP aus Epoxidharz der YINSU Flame Retardant Company ein leistungsstarkes flammhemmendes Produkt. Dieses Produkt zeichnet sich durch eine hohe Flammschutzwirkung, eine geringe Zugabemenge und niedrige Kosten aus. Seine pastöse Form erleichtert die Verarbeitung und Bedienung, verhindert Staubbelastung und gewährleistet eine sichere Anwendung. Mit einer feinen Partikelgröße (D50 erreicht 2500 Mesh) hat es nur minimale Auswirkungen auf die Oberflächenglätte des Endprodukts. Darüber hinaus ist es halogenfrei und umweltfreundlich und entspricht den RoHS- und REACH-Vorschriften.

IV. Fluorierungsmodifikation

Die Fluorierungsmodifikation von Epoxidharz zielt darauf ab, seine Eigenschaften durch Zugabe von Fluoratomen oder fluorierten Gruppen zu optimieren, einschließlich der Verbesserung der Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hydrophobie, Feuchtigkeitsbeständigkeit, dielektrischen Eigenschaften, Verschmutzungsbeständigkeit, Flammhemmung und mechanischen Eigenschaften. Diese modifizierten Materialien werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringen Reibungseigenschaften häufig in Spezialbereichen wie Solarpaneelen in der Luft- und Raumfahrt, Schiffsbeschichtungen und Klebstoffen für optische Fasern eingesetzt.

Da Fluoratome eine hohe Elektronegativität aufweisen und starke Bindungen mit Kohlenstoffatomen eingehen und zwischen Fluoratomen eine erhebliche Abstoßung besteht, die die Innenrotation der Molekülbindungen erschwert, weisen fluorierte Epoxidharze eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, elektrische Isolierung, Hydrophobie und Antioxidationsfähigkeit auf -Verschmutzungseigenschaften und eine gute Benetzbarkeit der Fügeteile. 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO) hat als neuartiges flammhemmendes modifizierendes Monomer praktische Anwendung gefunden. Durch die Reaktion von DOPO mit Bisphenol-A-Epoxidharz entsteht phosphorhaltiges Epoxidharz, das wegen seiner hervorragenden Flammschutzleistung und Umweltfreundlichkeit beliebt ist.

Die Synthese fluorierter Epoxidharze umfasst hauptsächlich vier Methoden:

• Monomer-Polymerisationsmethode: Dabei handelt es sich um die Polymerisation fluorierter Monomere zur Herstellung fluorierter Epoxidharze. Beispielsweise synthetisierten Rao Jianbo und andere eine neue Art von fluoriertem Epoxidharz, das für Beschichtungen geeignet ist, eine gute Korrosionsbeständigkeit aufwies und die optimalen Reaktionsbedingungen bestimmte.

• Fluorid-Einführungsmethode: Bei dieser auch als Pfropfmethode bezeichneten Methode werden fluorierte Modifikatoren zum Pfropfen mit Epoxidharzen verwendet. Einige Forscher synthetisierten einen neuen Typ eines fluorierten Epoxidhärters, der nach Reaktion mit Epoxidharz Klebstoffe mit hoher Klebefestigkeit bei Raumtemperatur und geringer Wasseraufnahme ergab.

• Physikalische Mischmethode: Dabei werden fluorierte Polymere oder Additive direkt in Epoxidharze eingemischt. Einige Forscher verbesserten die Grenzflächen- und mechanischen Eigenschaften von Epoxidharzen, indem sie fluoriertes Epoxidharz mit Tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethan vermischten.

• Direkte Fluorierungsmethode: Dabei werden Fluoratome oder fluorierte Gruppen auf chemischem Wege direkt in die Molekülkette des Epoxidharzes eingeführt. Einige Forscher erreichten die Fluorierung von Epoxidharzen mithilfe der Niedertemperatur-Plasmatechnologie und verbesserten so deren Oberflächeneigenschaften.

Nach der Fluorierungsmodifizierung wird die Oberflächenspannung von Epoxidharzen verringert, wodurch die Hydrophobie und die Verschmutzungsbeständigkeit verbessert werden. Die Molekülstruktur wird kompakter, was die Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit verbessert. Der Brechungsindex ist einstellbar und somit für optische Klebstoffe geeignet. Die dielektrischen Eigenschaften werden verbessert, wodurch es für elektronische und elektrische Isoliermaterialien geeignet ist. Obwohl fluorierte Epoxidharze teurer sind, entwickeln sich ihre Synthesemethoden in Richtung Umweltfreundlichkeit und Kosteneffizienz und sie werden hauptsächlich in Bereichen mit hohen Leistungsanforderungen eingesetzt.

V. Phosphormodifikation

Die Phosphormodifikation, ein Haupttrend bei der Flammhemmung von Epoxidharzen, verleiht Epoxidharzsystemen durch ihre flammhemmenden und verkohlungserhöhenden Eigenschaften sowohl in der Gasphase als auch in der kondensierten Phase hervorragende flammhemmende Eigenschaften. Im Vergleich zu halogenierten Verbindungen setzen phosphormodifizierte Epoxidharze bei der Verbrennung deutlich weniger Rauch und schädliche Gase frei. Durch phosphorhaltige Epoxidsysteme lassen sich Phosphorelemente effektiv in Epoxidharze einbauen.

Einige Forscher haben phosphorhaltige difunktionelle und trifunktionelle cycloaliphatische Epoxidharze entwickelt. Diese Harze weisen hohe Glasübergangstemperaturen, eine hervorragende Wiederverarbeitbarkeit, einen hohen mechanischen Modul und halogenfreie Flammschutzeigenschaften auf, wodurch sie für umweltfreundliche optoelektronische und mikroelektronische Verpackungsbereiche geeignet sind. Die Erhöhung der hohen Glasübergangstemperatur gewährleistet die mechanischen Eigenschaften und Stabilität des Materials in Hochtemperaturumgebungen.

Ein Forscher synthetisierte 10-(2,5-Dihydroxyphenyl)-9, 10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DHPDOPO), eine organische Phosphorverbindung, die gute flammhemmende Eigenschaften aufweist. Wenn phosphorhaltige Epoxidharze in Verbindung mit stickstoffhaltigen Härtern wie Novolac, phenolischem Melamin und Dicyandiamid verwendet werden, werden ihre flammhemmenden Eigenschaften weiter verbessert.

Forscher haben ein phosphorhaltiges Silikonepoxidharz entwickelt. Dieses Harz behält eine hervorragende thermische Stabilität, hohe mechanische Eigenschaften und Flammhemmung bei Temperaturen über 400 °C. Das Harz wird aus Triammoniumphosphat, epoxidfunktionalisiertem Polysiloxan und Bisphenol-F-Epoxidharz als Rohstoffen hergestellt, mit DDM als Härter.

Die Einführung von Phosphorverbindungen und ihre synergistische Wirkung mit anderen Elementen verbessern die thermische Stabilität, die mechanischen Eigenschaften und die Flammschutzeigenschaften von Epoxidharzen erheblich und eröffnen breite Perspektiven für ihre Anwendung im Bereich leistungsstarker und umweltfreundlicher Flammschutzmittel Materialien.

VI. Siliziummodifikation

Silizium kann als umweltfreundliches Flammschutzmittel die Flammschutzleistung von Epoxidharzen wirksam verbessern.

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung solcher Harze:

• Veresterungs- und Veretherungsreaktionen: Durch die Veresterungs- und Veretherungsreaktionen von Alkoxysilanen mit Glycidylethern oder die Kondensationsreaktionen von Siloxanen mit Epichlorhydrin.

• Silanhydrosilylierung: Aus der Sicht des Reaktionsmechanismus können diese beiden Methoden als physikalisches Mischen und Pfropfcopolymermodifikation kategorisiert werden. Mit diesen Techniken hergestellte Harze vereinen die Eigenschaften von Silikon- und Epoxidharzen.

Einige Forscher verwendeten siliziumhaltige Epoxide oder Präpolymere in Verbindung mit 4,4'-Diaminodiphenylmethan-Härtern, um Epoxidharze mit unterschiedlichen Siliziumgehalten herzustellen. Im Vergleich zu herkömmlichen Epoxidharzen zeigen Verbindungen auf Silikonbasis eine höhere Reaktivität mit Aminhärtern. Mit steigendem Siliziumgehalt sinkt die Glasübergangstemperatur des Materials moderat und die anfängliche thermische Zersetzungstemperatur sinkt, allerdings steigt der Anteil an Kohlerückständen bei der Pyrolyse. Durch den Zusatz von Silizium wird die Flammhemmung von Epoxidharzen erheblich verbessert, was sich in ihrem höheren Grenzsauerstoffindex (LOI-Wert) zeigt.

Einige Forscher synthetisierten Silikonepoxidharz (SiE) durch Hydrolyse und Kondensation von 2-(3,4-Epoxycyclohexylmethyl)ethyltrimethoxysilan (EMDS) und dessen Copolykondensation mit Dimethyldimethoxysilan. Im Vergleich zu kommerziellen LED-Verkapselungsmaterialien (CEL-2021P-Epoxidharz) weist das ausgehärtete SiE-Harz eine überlegene thermische Stabilität sowie Hitze- und UV-Beständigkeit auf. Der Epoxidwert hat einen erheblichen Einfluss auf die thermomechanischen Eigenschaften, die thermische Alterung und die UV-Alterungsleistung des ausgehärteten SiE-Harzes. Mit abnehmendem Epoxidwert nimmt die Flexibilität des Epoxidharzes zu, während das Harz mit einem entsprechenden Epoxidwert die höchste Hitze- und UV-Beständigkeit aufweist.

VII. Chemische Modifikation

Durch die Veränderung der Struktur von Epoxidharzen und die Einführung bestimmter chemischer Gruppen in die Epoxidharzmoleküle kann die Leistung von Epoxidharzen verbessert und ihr Anwendungsbereich erweitert werden. Beispielsweise werden durch die Reaktion von Acryl- oder Methacrylsäure mit einigen Epoxidgruppen in Epoxidharzen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen eingeführt, während einige Epoxidgruppen im Molekül erhalten bleiben. Diese Modifikation verleiht dem Epoxidharz sowohl lichtempfindliche Eigenschaften als auch einige der hervorragenden Eigenschaften von Epoxidharzen. Alternativ können Epoxidharze durch Einführung hydrophiler Gruppen in das Molekül in wasserbasierte Epoxidharze umgewandelt werden, wodurch die modifizierten Epoxidharze wasserdispergierbar werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Epoxidharz, ein typisches duroplastisches Harz, aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität, guten Wärmebeständigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften häufig in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Elektronik und Bauwesen verwendet wird. Sein Hauptmerkmal ist, dass es beim Aushärten keine freien Radikale erzeugt. Diese Modifikationen zielen darauf ab, die Leistung von Epoxidharz zu verbessern und seinen Anwendungsbereich zu erweitern.

Um den Flammschutzbedarf von Epoxidharz im Hochleistungsbereich zu decken, hat die Yinsu Flame Retardant Company kontinuierlich Innovationen und Entwicklungen durchgeführt und eine Reihe professioneller Epoxidharz-Flammschutzmittel auf den Markt gebracht, darunter bromiertes Epoxidharz, rote Phosphorpaste für Epoxidharze und Brom Antimon-Flammschutzmittel. Diese Produkte können ihre mechanischen Eigenschaften und Stabilität effektiv beibehalten und gleichzeitig die flammhemmenden Eigenschaften des Materials verbessern. Sie werden häufig in der Elektronik-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen High-End-Industrien eingesetzt und sind eine ideale Wahl in der Branche. Wir sind bestrebt, unseren Kunden sicherere und umweltfreundlichere Lösungen zu bieten und den technologischen Fortschritt und die Anwendungsentwicklung von Epoxidharzmaterialien zu fördern.