環(huán)氧樹脂（Epoxy resin），也稱為EP樹脂、人工樹脂或樹脂膠，是分子中含有至少兩個環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物，當(dāng)它與固化劑發(fā)生反應(yīng)時，會形成熱固性三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂是一種物理機(jī)械性能優(yōu)秀的熱固性塑膠，被廣泛應(yīng)用于膠粘劑、涂料、電子封裝、印刷電路板、建筑材料、航空航天以及軍工等領(lǐng)域。環(huán)氧基團(tuán)的IUPAC名稱為環(huán)氧乙烷（oxirane），預(yù)聚物與交聯(lián)產(chǎn)物也可統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。

環(huán)氧樹脂可以通過催化均聚與其自身反應(yīng)（交聯(lián)），或與多種共反應(yīng)物反應(yīng)，包括多官能胺、酸（酐）、酚、醇和硫醇。這些共反應(yīng)物通常稱為硬化劑或固化劑，而交聯(lián)反應(yīng)通常稱為固化。

1934年，德國化學(xué)家保羅·施拉克首次申請了環(huán)氧化物與胺縮合反應(yīng)的專利。隨后在1943年，皮埃爾·卡斯坦博士宣布發(fā)現(xiàn)了基于雙酚A的環(huán)氧樹脂，這一研究最終受瑞士的汽巴公司授權(quán)，汽巴公司也因此成為了全球領(lǐng)先的環(huán)氧樹脂生產(chǎn)商之一。1946年，西爾萬·格林利在德沃和雷諾茲公司任職期間，申請了由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)樹脂的發(fā)明專利。

中國研制環(huán)氧樹脂始于1956年，在沈陽、上海兩地首先獲得了成功。至70年代末期中國已形成了從單體、樹脂、輔助材料，從科研、生產(chǎn)到應(yīng)用的完整工業(yè)體系。

全球使用的環(huán)氧樹脂中約75%都是基于雙酚A與環(huán)氧氯丙烷（ECH）反應(yīng)，產(chǎn)生雙酚A二縮水甘油醚（BADGE或DGEBA）。

這一生產(chǎn)過程分為兩個階段，首先將環(huán)氧氯丙烷加入雙酚A，形成雙酚A二(3-氯-2-羥丙基)醚，然后與等量氫氧化鈉發(fā)生縮合反應(yīng)，形成雙環(huán)氧化物。氯原子以氯化鈉的形式釋放，氫原子以水的形式釋放。當(dāng)形成的環(huán)氧化物進(jìn)一步與雙酚A反應(yīng)時，會形成較高分子量的二縮水甘油醚 (n ≥ 1)：

通過控制分子單元數(shù)量，可以獲得不同形態(tài)的環(huán)氧樹脂，分子單元較少（n = 1~2），可獲得粘稠、透明的液體環(huán)氧樹脂。分子單元較多（n=2～30），則為無色固體環(huán)氧樹脂。雖然雙酚A基環(huán)氧樹脂是市場上最常見的產(chǎn)品，但其他雙酚，例如雙酚F（BPF），也可以與環(huán)氧氯丙烷發(fā)生類似的反應(yīng)。

高分子量雙酚A-二縮水甘油醚的合成

雙酚A二縮水甘油醚進(jìn)一步與雙酚A反應(yīng)，生成較高分子量的二縮水甘油醚（n≥1），稱為預(yù)聚。重復(fù)單元（n=1~2）構(gòu)成的產(chǎn)品是一種黏稠的清澈液體，稱為液體環(huán)氧樹脂。重復(fù)單元（n=2~30）構(gòu)成的產(chǎn)品則是一種無色固體，稱為固體環(huán)氧樹脂。

雙酚A之外的其他雙酚（尤其是雙酚F）或溴化雙酚（如四溴雙酚A）也可用于上述環(huán)氧化和預(yù)聚。與雙酚A樹脂相比，雙酚F、雙酚H等樹脂的粘度通常較低，并且每克平均環(huán)氧含量較高，因此固化后具有更好的耐化學(xué)性。

由于環(huán)氧樹脂以聚合物、半聚合物或低聚物的形式存在，因此很少以純物質(zhì)形式存在。在特定應(yīng)用中，例如使用蒸餾提純工藝，可以得到更高純度等級的環(huán)氧樹脂。但高純度液體環(huán)氧樹脂由于結(jié)構(gòu)高度規(guī)則，容易形成結(jié)晶固體，因此需要熔化才能進(jìn)行加工。

環(huán)氧樹脂的重要指標(biāo)之一是環(huán)氧值，它代表環(huán)氧基團(tuán)的含量。環(huán)氧值表示為“環(huán)氧當(dāng)量重量”，即分子量與環(huán)氧基團(tuán)數(shù)之間的比率。該參數(shù)用于計算固化過程中所需的固化劑的用量。為了獲得最佳的物理性能，環(huán)氧樹脂通常使用化學(xué)計量或接近化學(xué)計量的固化劑進(jìn)行固化。

環(huán)氧樹脂優(yōu)良的電絕緣性、物理機(jī)械性能、與各種材料的粘接性能、以及其使用工藝的靈活性是其他熱固性塑膠所不具備的。因此，它被廣泛用于：涂料及黏合劑；模鑄各種電子器件、集成電路封裝材料和電路板；制造工業(yè)零件制品；防水材料；建筑結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)，可與碳纖維搭配使用成為具有極高抗拉強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)材料。

  建筑材料 

環(huán)氧樹脂在建筑領(lǐng)域的研究和應(yīng)用已有幾十年歷史，對于各種建筑材料都有優(yōu)異的粘接性能，具有高強(qiáng)度、抗疲勞、耐老化、耐腐蝕等特點(diǎn)。環(huán)氧樹脂可作為添加劑，增強(qiáng)砂漿和混凝土的力學(xué)性能；改性環(huán)氧樹脂可用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固改造，例如粘貼碳纖維布加固、粘貼鋼板加固、種植鋼筋、修復(fù)混凝土的裂縫和缺陷等，也是目前行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的首選結(jié)構(gòu)膠粘劑材料。

風(fēng)力發(fā)電 

環(huán)氧樹脂拼接膠可用于風(fēng)電塔筒的混凝土預(yù)制節(jié)段安裝拼接，憑借環(huán)氧樹脂材料優(yōu)異的混凝土粘結(jié)型能，可以制造出成本更低、耐久性更好的風(fēng)力發(fā)機(jī)；環(huán)氧樹脂與玻璃纖維或碳纖維織物結(jié)合后，能夠生成強(qiáng)度極高且重量輕的復(fù)合材料，這些材料非常適合制造更長、更高效的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片；環(huán)氧樹脂還可用作鋼塔、基座支柱和混凝土基礎(chǔ)的防護(hù)涂層，延長設(shè)備使用壽命并降低維護(hù)成本。發(fā)電機(jī)通過傳動系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子葉片連接，將機(jī)械風(fēng)能轉(zhuǎn)換為可用電能，此過程需要環(huán)氧樹脂的電氣絕緣和高耐熱性能。此外，環(huán)氧樹脂還適用于變壓器、襯套以及連接風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)的復(fù)合材料電纜。目前，歐洲風(fēng)能組件占環(huán)氧樹脂應(yīng)用的最大部分，比例約占市場的 27%。

  航空航天 

航空航天工業(yè)中，環(huán)氧樹脂是優(yōu)良的反應(yīng)固化型材料，與高性能纖維增強(qiáng)材料復(fù)合，便成為不可代替的結(jié)構(gòu)基體材料。典型的纖維增強(qiáng)材料包括玻璃纖維、碳纖維、凱芙拉纖維和硼纖維。環(huán)氧樹脂還可用作航空航天結(jié)構(gòu)膠使用，在機(jī)械性能和耐環(huán)境侵蝕方面優(yōu)于大多數(shù)其他類型的樹脂。

石墨烯環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層

研究人員發(fā)現(xiàn)，在飛機(jī)機(jī)翼旋葉上包覆石墨烯和環(huán)氧樹脂制成的復(fù)合材料涂層可有效除冰，實驗表明在零下20℃的環(huán)境條件下，涂層仍可融化機(jī)翼旋葉上數(shù)厘米厚的冰層。該方法在除冰系統(tǒng)中屬于主動式防冰法，相比化學(xué)防冰方法更為環(huán)保。

  工業(yè)摸具及復(fù)合材料 

環(huán)氧樹脂在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要應(yīng)用，常用于制造模具、主模型、層壓板、鑄件和夾具等生產(chǎn)輔助工具。相比金屬、木材等傳統(tǒng)材料，環(huán)氧樹脂模具不僅能提高生產(chǎn)效率，還能降低成本、縮短生產(chǎn)周期。同時，它也被廣泛用于生產(chǎn)增強(qiáng)纖維和復(fù)合材料部件。盡管環(huán)氧樹脂價格高于聚酯樹脂和乙烯基酯樹脂，但其生產(chǎn)的復(fù)合材料部件通常具有更高的強(qiáng)度和耐熱性。

來源：加固邦