实验三 低分子量环氧树脂的制备及测试 一．实验目的 1. 通过双酚 A 型环氧树脂的制备，掌握一般缩聚反应的原理 2. 熟悉低分子量环氧树脂的制备方法，了解环氧树脂的用途 3. 掌握环氧值的测定方法 4. 掌握粘接强度的测定方法 二．实验原理 凡分子内含有环氧基团的聚合物，统称为环氧树脂它是一种多品种、多用途的新型合成树脂，且性能很好，对金属、陶瓷、玻璃等许多材料具有优良的粘结能力，所以有万能胶之称，又因为它的电绝缘性能好、体积收缩小、化学稳定性高、机械强度大，所以广泛的被用做粘接剂，增强塑料(玻璃钢)电绝缘材料、铸型材料等，在国民经济建设中有很大作用 双酚 A 型环氧树脂是环氧树脂中产量最大、使用最广的一个品种，有通用环氧树脂之称，它是由双酚 A 和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的其反应式如下： CH2CHCH2ClOHOCCH3CH3OH(n+2)NaOHCCH3CH3OOCHOHCH2H2CCHCH2OCH2H2COCH2n(n+2)+(n+1)OCCH3CH3OCH2+(n+2)NaCl+(n+2)H2O 双酚 A 型环氧树脂与乙二胺的固化反应式如下： 三．实验仪器及试剂 三颈瓶，滴液漏斗，分液漏斗，电动搅拌器，温度计，减压蒸馏装置，恒温水浴; 环氧氯丙烷，双酚 A，氢氧化钠，苯，去离子水，邻苯二甲酸氢钾，盐酸，吡咯； 红外光谱仪。
四．实验步骤 1. 双酚 A 型环氧树脂的制备 ①将 22.02 g 双酚 A 和 28.06 g 环氧氯丙烷依次加入装有搅拌器、滴液漏斗和温度计的250 mL 三颈瓶中（如图 1 所示） 用水浴加热，升温至 75℃，搅拌双酚 A 使其完全溶解 ②70℃下滴加 40 mL，20%的 NaOH 溶液，二十分钟滴加完毕在 80 ℃继续反应 2 h，此时溶液呈乳黄色，停止加热，降温 ③加入苯 60 mL，搅拌，使树脂溶解后移入分液漏斗，静置后分去水层，用 pH 纸检测水层是否呈中性，用 AgNO3 溶液检测水层是否含有氯离子若水层 pH 值不等于 7 或者含有氯离子，再用蒸馏水洗数次，直到洗涤水相呈中性及无氯离子 ④分出有机层，将上层苯溶液倒入减压蒸馏装置中(如图 3 所示)，先在常压下蒸去苯，然后在减压下蒸馏以除去所有挥发物趁热将烧瓶中的树脂倒出，冷却后得琥珀色透明的、粘稠的环氧树脂，称重得到 22.08g 环氧树脂 图 1 环氧树脂合成装置示意图 图 2 滴定装置示意图 图 3 环氧树脂减压蒸馏装置示意图 2. 环氧值的测定 ①称取 3.89g 氢氧化钠，溶于 900 毫升蒸馏水中配成溶液，以酚酞为指示剂，用邻苯二甲酸氢钾标定。
编号 邻苯二甲酸氢钾 /g NaOH 溶液消耗体积/ml NaOH 溶液的浓度/1mol L 平均值/1mol L ① 0.4330 19.58 0.1083 0.1080 ② 0.5099 23.20 0.1076 ③ 0.5378 24.38 0.1082 ②用标定浓度的氢氧化钠溶液滴定盐酸－吡啶溶液， 以酚酞为指示剂， 确定盐酸－吡啶溶液的浓度 编号 盐酸－吡啶溶液体积/ml NaOH 溶液消耗体积/ml 盐酸－吡啶溶液的浓度/1mol L 平均值/1mol L ① 20.00 36.92 0.1994 0.2005 ② 20.00 37.33 0.2015 ③准确称取环氧树脂 0.5122g 左右，放入装有磨口冷凝管的 250 mL 锥形瓶中，用移液管加入 20 mL、0.2mol/L 盐酸－吡啶溶液，装上冷凝管，在 50 ℃水浴上加热溶解，回流加热 20 min ④冷至室温，以酚酞为指示剂，用已知浓度的 NaOH 溶液(如图 2 所示)，滴至呈粉红色为止用同样的操作做一次空白试验、计算环氧值 3. 粘接试验及红外光谱测定 ①将玻璃片用棉花沾无水乙醇洗干净后烘干，备用； ②称取 10 g 环氧树脂加入小烧杯中，滴加 8 滴乙二胺，用玻璃棒搅匀后，在玻璃片上涂一薄层，然后将玻璃片用螺旋夹夹紧，在室温下放置 48 h 后，在 110 ℃烘箱内烘 1 h，用人力拉伸的方法感受粘接强度。
③分别对双酚 A，环氧氯丙烷和双酚 A 型环氧树脂做红外光谱图，并比较分析 五．实验结果 1. 计算环氧树脂产率： 22.08100%80.26%27.51产率 2. 测定产品的环氧值 式中0V——空白滴定所消耗的\%NaOH\%标准溶液的体积数， mL； 1V——样品滴定消耗的 NaOH 标准溶液的体积数，mL； M——NaOH 标准溶液的浓度，mol/L； m——样品质量，g 3.测试环氧树脂的粘接强度 施加强作用力不能把两块玻片分开 六、实验讨论 1. 环氧树脂合成时，NaOH溶液加入的快慢对合成有无影响？ 答：NaOH 溶液加入的速度对环氧树脂合成石有影响的，NaOH 溶液加入过快，环氧树脂的聚合度会增大并出现结块， 不利于合成低分子量环氧树脂， 所以 NaOH 溶液的滴加速度要缓慢，以防局部过量而结块 2. 原料摩尔比对双酚A低分子环氧树脂环氧值是如何影响的？ 答： ，当原料摩尔比为1：1时，产物的聚合度极高，分子量极大，末端环氧基所占比例极少，环氧值极小．当摩尔比与1相差愈大，环氧氯丙烷大大过量时，产物的聚合度极低．环氧值较大，能得到双酚A为低分子环氧树脂． 3. 双酚 A，环氧氯丙烷和双酚 A 型环氧树脂红外光谱的比较分析。
答：①双酚 A: 双酚 A 的特征吸收峰：3362.60cm-1，O—H 伸缩振动；2965.19 cm-1，甲基的 C—H 伸缩振动；1598.30 cm-1，芳烃 C=C 骨架伸缩振动；1384.11 cm-1，CH3 变形振动； 1238.07 cm-1，C—O 伸缩振动；827.78 cm-1，芳环 C—H 变形振动（对位而取代） ②环氧氯丙烷的特征吸收峰：2962.77 cm-1、2925.89 cm-1，亚甲基的 C—H 伸缩振动； 1432.19 cm-1，亚甲基的变形振动；1250.09 cm-1，C—O—C 伸缩振动；831.04 cm-1，C—Cl 伸缩振动 ③环氧树脂的特征吸收峰：3440.63 cm-1，O—H 伸缩振动； 3037.08 苯环 C—H 伸缩振动； 2965.77 cm-1、2928.11 cm-1，甲基、亚甲基的对称伸缩振动；2871.82 cm-1，甲基、亚甲基的不对称伸缩振动； 1607.29 cm-1，芳烃 C=C 骨架伸缩振动；1455.83cm-1，亚甲基的变形振动； 1361.92 cm-1，双酚A 中双甲基对称弯曲振动；1183.42 cm-1，C—O—C伸缩振动； 1036.75 cm-1，C—O 伸缩振动；830.17 cm-1，芳环 C—H 变形振动（对位而取代） ； 574.21 cm-1，C—Cl 伸缩振动。