Estado actual de la investigación y aplicación de la resina epoxi

Estado actual de la investigación y aplicación de la resina epoxi

I. Preámbulo

La resina epoxi se refiere a los prepolímeros de polímeros que contienen dos o más grupos epoxi, con segmentos alifáticos, alicíclicos o aromáticos como la cadena principal. La resina epoxi (EP) tiene alta resistencia, buena estabilidad química, altas propiedades mecánicas, excelentes propiedades adhesivas, contracción de curado es pequeña, buena resistencia al calor, envejecimiento UV, resistencia al desgaste y al impacto y otras propiedades mecánicas, a menudo como recubrimientos, los adhesivos se usan ampliamente en compuestos, marina, aeropacia y campos eléctricos y electrónicos. Sin embargo, la resina epoxi curada es una estructura de red tridimensional, alta densidad de reticulación, alto estrés interno, lo que resulta en su fragilidad y su resistencia a la abrasión deficiente, y su coeficiente de temperatura de expansión térmica es alto, limitando su aplicación en algunos campos. Para las deficiencias anteriores, se pueden optimizar y mejorar mediante métodos de modificación

II. Modificación de la resina epoxi

1. Modificación de endurecimiento de la resina epoxi

Para mejorar la tenacidad de la resina epoxi, el enfoque inicial implicó la adición de plastificantes y flexibilizantes. Sin embargo, estas sustancias de bajo peso molecular redujeron significativamente la resistencia al calor del material, la dureza, el módulo y las propiedades eléctricas. Desde la década de 1960, la investigación sobre la modificación de endurecimiento de la resina epoxi se ha realizado ampliamente tanto a nivel nacional como internacional, con el objetivo de mejorar la dureza de la resina epoxi con un impacto mínimo en sus propiedades térmicas, módulo y rendimiento eléctrico.

• Endurecimiento de elastómero de goma de la resina epoxi

Los elastómeros de caucho utilizados para endurecer la resina epoxi son polímeros líquidos típicamente reactivos con un peso molecular relativo de 1000 a 10000, con grupos funcionales en las posiciones terminales o laterales que pueden reaccionar con grupos epoxi. The main types of reactive rubber elastomers used for toughening epoxy resin include: carboxyl-terminated butadiene acrylonitrile rubber, hydroxyl-terminated butadiene acrylonitrile rubber, polysulfide rubber, liquid random carboxyl butadiene acrylonitrile rubber, butadiene acrylonitrile-isocyanate prepolymer, hydroxyl-terminated polibutadieno, elastómero de poliéter y elastómero de poliuretano. La red de polímeros interpenetratantes de acrilato de polibutilo y resina epoxi sintetizada por el método sincrónico ha logrado resultados satisfactorios en la mejora de la dureza de la resina epoxi.

• Endurecimiento de resina termoplástica de la resina epoxi

Las resinas termoplásticas utilizadas para la modificación de endurecimiento de la resina epoxi incluyen principalmente polisulfona, politersulfona, poleetherketona, poliimida, éter de polifenileno y policarbonato, que son plásticos de ingeniería con buena resistencia al calor y propiedades mecánicas. Estas resinas se mezclan en resina epoxi por fusión térmica o en solución.

• Endurecimiento de polímero estructurado de núcleo de la resina epoxi

Los polímeros estructurados con cáscara de núcleo se refieren a una clase de partículas compuestas de polímero obtenidas a través de la polimerización de la emulsión de dos o más tipos de monómeros. El interior y el exterior de estas partículas están enriquecidos con diferentes componentes, exhibiendo una bicapa especial o una estructura de múltiples capas. El núcleo y el shell tienen funciones distintas. Al controlar el tamaño de la partícula y alterar la composición del polímero para modificar la resina epoxi, se puede reducir el estrés interno y se puede mejorar la resistencia a la adhesión y la resistencia al impacto, lo que logran efectos de endurecimiento significativos.

2. Modificación de resistencia a la corrosión de la resina epoxi

Actualmente, los métodos comunes para mejorar la resistencia a la corrosión de la resina epoxi incluyen la modificación con caucho de polisulfuro, compuestos de organosilicio y nanomateriales inorgánicos.

• Modificación de caucho de polisulfuro

El caucho de polisulfuro es un compuesto flexible de cadena larga con enlaces tioéter que pueden sufrir reacciones de copolimerización de bloque con resina epoxi, aumentando así la dureza de la resina epoxi. Los investigadores a menudo usan caucho de polisulfuro para modificar la resina epoxi. Los investigadores en China y otros usaron el caucho de polisulfuro como un modificador para modificar la resina epoxi fenólica (F-51), mejorando efectivamente la tenacidad del recubrimiento. Agregar resina de resorcinol epoxi de baja viscosidad como un modificador activo en la fórmula de recubrimiento puede reducir efectivamente la viscosidad del sistema epoxi, lo que permite agregar una mayor cantidad de pigmentos y rellenos, y también mejorar la resistencia al calor y la resistencia química del recubrimiento.

• Modificación con compuestos de organosilicio

Los compuestos de los organoos poseen una buena resistencia a la oxidación, la meteorización e hidrofobicidad, así como una excelente resistencia al frío y al calor y una alta resistencia dieléctrica. Al modificar la resina epoxi con compuestos de organosilicio, los enlaces Si - C, Si - O y Si - H se pueden introducir en la resina epoxi, mejorando así su dureza y mejorando su resistencia a la corrosión. Los investigadores en China y otros encontraron que la co-modificación del fenol de laca y el aceite de silicona terminado con amino (AS) con resina epoxi (EP) puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas, la resistencia al calor, la hidrofobicidad y la resistencia a la corrosión del recubrimiento.

• Modificación con nanomateriales inorgánicos

Las nanpartículas inorgánicas exhiben numerosas características excelentes, como el efecto de tamaño pequeño, el efecto superficial y el efecto dieléctrico. La modificación de la resina epoxi con estas nanopartículas no solo mejora la fragilidad del recubrimiento, sino que también inhibe fuertemente la formación de microporos durante el proceso de curado, mejorando así las propiedades de blindaje del recubrimiento y fortaleciendo así la resistencia a la corrosión de la resina epoxi. Los investigadores en China modificaron el bisfenol de bajo peso molecular, una resina epoxi con nano-sílica para preparar un barniz epoxi sin solvente y probaron el rendimiento de la película de pintura. Los resultados de la prueba mostraron que la flexibilidad, la resistencia al calor, la resistencia al impacto y la adhesión de la película de pintura modificada se mejoraron, y la resistencia a la corrosión fue excelente.

3. otras modificaciones de resina epoxi

• Modificación de estabilidad térmica

Aumentar el grado de reticulación, la introducción de grupos resistentes al calor como los grupos de imida, isocianato y oxazolidinona, y formar redes de polímeros interpenetrantes son el medio más importante para mejorar la estabilidad térmica. El uso de la resina de difenil éter anilina que contiene grupos de amina terminal como agente de curado para modificar la resina epoxi da como resultado materiales compuestos con altas temperaturas de descomposición inicial en el aire y la buena resistencia a la humedad y al calor. Los grupos epoxi lipofílicos en polidimetilsiloxano pueden mejorar su compatibilidad con la matriz de resina epoxi, mejorando así la estabilidad térmica, la resistencia a la humedad y la resistencia al envejecimiento de los productos curados modificados. La cadena molecular de la poliimida contiene anillos de benceno y grupos de imida, que le dan buena estabilidad térmica, propiedades mecánicas sobresalientes y propiedades dieléctricas bajas, lo que lo hace ampliamente utilizado en campos como microelectrónicos, cristales líquidos y comunicaciones electrónicas. La modificación de la resina epoxi con TI no solo puede mejorar la tenacidad de la resina epoxi, sino que también aumentar su estabilidad térmica y reducir la constante dieléctrica. Investigadores en China et al. Sintetizó con éxito un nuevo tipo de trifluorometil poliimida (PIS) y EP modificado por mezcla física. Los resultados mostraron que el EP modificado con PI tenía una buena estabilidad térmica y dureza, y su modo de fractura cambió de fractura frágil a fractura dúctil con el aumento del contenido de PI. Investigadores en China et al. Se agregó partículas de poli (p-fenileno benzobisoxazol) altamente cristalino a EP. Las partículas de PPPI se combinaron uniformemente con EP, y se formaron enlaces covalentes entre ellas, lo que resultó en materiales con alto módulo de flexión y módulo de almacenamiento y tensión de flexión de baja fractura. Con el aumento del contenido de PPPI, la estabilidad térmica de los materiales obtenidos mejoró significativamente.

• Modificación de retraso de la llama

La resina epoxi tiene un mal retraso de la llama. Para mejorar su retraso de la llama, los halógenos, el nitrógeno, el fósforo, el boro y el silicio, que son elementos retardantes de llama, generalmente se introducen en la resina epoxi. Estos elementos se pueden introducir mediante el uso de agentes de curado de retardantes de llama, como los que contienen halógenos, fósforo, boro y silicio, para curar la resina epoxi, o modificando estructuralmente la resina epoxi para incorporar elementos retardantes de llama dentro de su estructura molecular. La resina epoxi fenólica bromada puede servir como un retardante de llama reactiva para las resinas epoxi utilizadas en los materiales de encapsulación. Los investigadores en China y otros diseñaron y sintetizaron dos compuestos de fósforo orgánico que contienen sustituyentes metilo, óxido de 4-metilfenilfosfina (4-MPO) y óxido de 2,4-dimetilfenilfosfina (2,4-DMPO), basado en el principio de la relación entre la relación de polarizabilidad del grupo funcional y el volumen molar y dieléxico. Estos compuestos se usaron como retardantes de llama para preparar bisfenol una resina epoxi-retardante de llama, y ​​se estudió la estabilidad térmica de la resina epoxi-retardante de llama. Los estudios mecanicistas mostraron que los dos retardantes de llama ejercían principalmente efectos de retardantes de llama a través de los efectos de enfriamiento y dilución de los radicales libres que contienen fósforo en la fase gaseosa y a través del efecto de barrera de la capa de carbón en la fase sólida. Mientras mantenía la resistencia al retraso de la llama y la resistencia a la absorción de agua, se mejoraron las propiedades dieléctricas de la resina epoxi. Estas ventajas confirman el potencial de 4-MPO y 2,4-DMPO como retardantes de llama para fabricar EP de alto rendimiento adecuado para materiales eléctricos avanzados.

• Modificación química

Al alterar la estructura de la resina epoxi e introducir ciertos grupos químicos en las moléculas de resina epoxi, se puede mejorar el rendimiento de la resina epoxi y se puede ampliar su rango de aplicación. Por ejemplo, al reaccionar ácido acrílico o metacrílico con algunos grupos epoxi en la resina epoxi, se introducen dobles enlaces carbono-carbono mientras se conservan algunos grupos epoxi en la molécula. Esta modificación dota a la resina epoxi con características fotosensibles y algunas de las excelentes propiedades de la resina epoxi. Alternativamente, al introducir grupos hidrofílicos en la molécula, la resina epoxi puede modificarse en resina epoxi transmitida por el agua, lo que da la dispersión de agua de resina epoxi modificada.

Iii. Aplicaciones actuales de resina epoxi

1. Aplicaciones en dispositivos electrónicos

Entre varias matrices de polímeros, la resina epoxi se usa ampliamente en materiales de envasado semiconductores y electrónicos debido a sus excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. Sin embargo, la resina epoxi pura tiene una baja conductividad térmica, y los problemas como el alto coeficiente de expansión térmica, la fragilidad inherente y la propensión a la descripción de los adhesivos epoxídicos son particularmente prominentes en aplicaciones de envases electrónicos, afectando la estabilidad estructural y la confiabilidad del servicio de los dispositivos empaquetados. Para mejorar las propiedades inherentes de los adhesivos epoxi, los investigadores han realizado estudios extensos. Las resinas epoxi modificadas se pueden usar en la fabricación de laminados flexibles revestidos de cobre. Con el rápido desarrollo de productos microelectrónicos livianos y miniaturizados (como teléfonos móviles, computadoras portátiles, etc.), las placas de circuito impresos flexibles se han convertido gradualmente en un punto de acceso de investigación. Los compuestos de resina epoxi modificada por poliimida se pueden usar como capas dieléctricas aislantes y dieléctricas en la fabricación de laminados flexibles revestidos de cobre, mejorando aún más el rendimiento y la calidad del producto en comparación con la resina epoxi pura. La resina epoxi también se usa comúnmente en la fabricación de materiales de empaque de semiconductores. Los materiales desarrollados con los adhesivos de resina epoxi modificada por poliimida tienen un excelente rendimiento integral y un costo moderado, cumplen con los requisitos anteriores y son uno de los temas candentes en el campo de los materiales químicos electrónicos.

2. A PLICACIONES EN CAMPO AUSOPACE

La resina epoxi se usa ampliamente en la protección térmica de misiles y proyectiles, como la boquilla de motores de cohetes sólidos, protección térmica aerodinámica de cuerpos de misiles y protección térmica superficial de la nave espacial de reingreso. Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, el campo aeroespacial ha presentado mayores requisitos para el desempeño integral del EP. Mejorar aún más la eficiencia de protección térmica de los materiales de protección térmica a base de resina tiene una importante importancia teórica y práctica. Se espera que el polvo S _I B ₆ , como relleno, agregado a los materiales de protección térmica a base de resina juegue roles de modificación múltiples y mejore significativamente el rendimiento de protección térmica de los materiales de protección térmica a base de resina. Por lo tanto, los investigadores en China y otros usaron los mecanismos de modificación múltiples de S _I B ₆ para modificar la resina epoxi y exploraron los efectos de su adición en la ablación y las propiedades termofísicas de los materiales compuestos a base de resina epoxi. Los resultados mostraron que la adición de polvo SIB6 aumentó la densidad y la dureza de los materiales compuestos de resina epoxi, aumentó el peso del residuo de pirólisis y mejoró significativamente la resistencia de la ablación de los materiales compuestos. Durante el proceso de ablación, la adición apropiada de polvo SIB6 puede formar una fase líquida fundida en la superficie del material compuesto, que desempeña un papel de unión y mejora en la capa carbonizada de la superficie, mejorando la resistencia de ablación del material compuesto.

3. Aplicaciones en el campo marino

La resina epoxi tiene excelentes propiedades mecánicas, como resistencia al desgaste y resistencia al impacto, buena adhesión a los sustratos de metal, y es relativamente más barato que el silicio orgánico, y generalmente se usa para recubrimientos anticorrosión de barcos. Tomar la resina epoxi como matriz y modificarla con propiedades hidrofóbicas puede desarrollar recubrimientos con funciones anticorrosión y antiquulla. Al reducir la energía de la superficie, el rendimiento antifivir se puede mejorar al usar sustancias reductoras de arrastre para retrasar el grado de turbulencia del fluido de la capa límite y mejorar el rendimiento de la reducción de la resistencia. El aceite de silicona es incompatible con la resina epoxi. Cuando se agrega aceite de silicona a los recubrimientos de resina epoxi, se exudará lentamente en la superficie del recubrimiento después del curado, y el aceite de silicona exudado es propicio para mejorar el rendimiento anti-desacuerdo y reductor de arrastre del recubrimiento. La adición de aceite de dimetilo de silicona puede mejorar significativamente la hidrofobicidad de los recubrimientos de resina epoxi, inhibir la unión de diatomeas y mejorar el rendimiento de la reducción de la resistencia, mostrando el potencial de aplicación en el antiinfover y la reducción de arrastre. Los investigadores en China y otros utilizaron el método de modificación de la combinación física para modificar la resina epoxi con aceite de silicona y recubrimientos preparados con múltiples funciones de anticorrosión, anti-sobrino y reducción de arrastre, y probaron su rendimiento. Los resultados mostraron que el recubrimiento epoxi modificado con aceite de silicona se adhirió bien a la superficie de los sustratos de aleación de aluminio, lo que hace que la superficie hidrófoba e inhibiendo la unión de diatomeas, con una tasa de inhibición del 70%. La modificación de la mezcla física de la resina epoxi con el aceite de dimetilo de silicona mejoró efectivamente la hidrofobicidad, el antiquitido y las propiedades reductoras de la resistencia del recubrimiento epoxi mientras se mantiene una buena adhesión al sustrato.

4. Aplicaciones en el campo de la construcción

Epoxy resin, with its excellent impermeability, durability, and dense adhesion, is increasingly used in construction projects, mainly as a structural adhesive for concrete structure secondary structure planting bars, repairing damaged areas such as concrete holes, honeycombs, and exposed bars, repairing cracks, as well as bonding steel structures and repairing and reinforcing interfaces such as underground pipelines and dam foundations, and sellado y anticorrosión. También se utiliza para impermeabilizar, anticorrosión y a prueba de humedad de piscinas, paredes interiores y exteriores de edificios, y otros trabajos de reparación. Sin embargo, los adhesivos estructurales de resina epoxi tienen defectos como poca resistencia, alta fragilidad, módulo elástico bajo, craqueo fácil y baja resistencia a la tracción, que requieren modificación del adhesivo estructural de resina epoxi. Los investigadores en China modificaron la resina epoxi agregando carbonato de nanalcalcio y micropos válido de silicio, y probaron las propiedades de tensión, compresión y flujo de la resina epoxi modificada. Los resultados mostraron que la resina epoxi modificada tenía buenas propiedades mecánicas, y una baja cantidad de carbonato de nano calcio podría mejorar significativamente su rendimiento de la tracción, mientras que el microperímetro de silicio podría mejorar su resistencia a la compresión.

IV. Conclusión

La resina epoxi, debido a sus excelentes propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas y resistentes al desgaste, así como una buena adhesión, se usa ampliamente en varios campos de la industria de China, con grandes perspectivas de aplicación y amplio potencial de mercado. Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, los campos como el aeroespacial, el marino y la electrónica han presentado mayores requisitos para el rendimiento integral de la resina epoxi. La modificación de la resina epoxi puede optimizar y mejorar su dureza, resistencia a la corrosión, estabilidad térmica, retraso de la llama y resistencia al desgaste, cumpliendo mejor los requisitos del desarrollo social.

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