酚氧樹脂的性能及在我國的應用情況

鄧燕

北京中紡化工股份有限公司 北京 100176

1 概述

酚氧樹脂（phenoxy resin) ，又稱苯氧樹脂，是由雙酚A與環氧氯丙烷在堿性溶液中縮聚而成的一種結構上非常類似于環氧樹脂的線性熱塑性高分子聚羥基醚[1]。由于結構上不含環氧基團，即使跟交聯劑反應也仍然保持線性結構，而不會像環氧樹脂那樣固化形成網狀結構，因此其是一種抗沖擊強度高的堅韌熱塑性材料，可以用作熱固性材料的增韌改性。

酚氧樹脂1963年由美國聯碳化合物公司（UCC）發明并申請專利發展至今已有近半個世紀的歷史[2]，我國曾經在上世紀60年代中期在廣州化工研究院與鎮江樹脂廠等地進行過酚氧樹脂的研制，其中廣州化工研究院在廣州東風化工廠進行過產業化大生產，當時產品主要是應用于印刷板、磁帶及造船工業防銹漆等粘合劑[3]，但其應用沒有得到廣泛推廣。我國當時開發的酚氧樹脂嚴格意義上來說更多算是大分子量的環氧樹脂，還不是真正意義上的酚氧樹脂。目前國際上能進行酚氧樹脂工業化大生產的只有美國與日本等為數不多的幾家公司，其他都是這些公司的代理公司或分銷商。

筆者曾就酚氧樹脂在我國的使用情況進行了一段時間的調研，走訪了一些行業協會、專家學者以及生產企業，對酚氧樹脂在我國的應用情況有了一定了解。希望本文能對酚氧樹脂在國內今后特殊領域高性能粘合劑的推廣使用中起到一些促進作用。

2 酚氧樹脂與環氧樹脂的對比

2.1 兩者結構對比

酚氧樹脂與環氧樹脂都是由雙酚A與環氧氯丙烷縮聚而成，但由于合成工藝控制條件不一樣，兩者結構有明顯區別，使得一個為熱塑性材料，另一個為熱固性材料[4]。從圖1中可以看出兩者結構的主要區別有：

表1 酚氧樹脂典型物理性能

圖1 酚氧樹脂與環氧樹脂結構對比

（1）酚氧樹脂是線性結構，即使與交聯劑反應也仍然保持線性結構，是熱塑性材料；而環氧樹脂有支鏈，與交聯劑反應會形成網狀結構，是熱固性材料。

（2）酚氧樹脂聚合度要大很多，聚合度一般在40～60，分子量為2.5萬～5.5萬；而環氧樹脂聚合度只有12～25，分子量為 340～4000[5]。

（3）酚氧樹脂分子結構中不含環氧基團，但有很多仲羥基，很容易與氨基、酰基、異氰酸根等進行交聯反應。

2.2 兩者沖擊強度對比

酚氧樹脂是一種高分子量的熱塑性材料，具有極好的抗沖擊性。從圖2中可以看出酚氧樹脂抗沖擊強度要比環氧樹脂高幾倍，因此可以用作環氧樹脂的增韌劑。

2.3 酚氧樹脂對環氧樹脂的增韌

從圖3中可知，酚氧樹脂的加入對環氧的沖擊強度提高特別明顯，當加入20%的酚氧樹脂時，環氧樹脂的抗沖擊強度可提高好幾倍，但再繼續增加對抗沖擊強度提高并不明顯，考慮到成本因素，一般添加量為5%～10%就可明顯提高環氧樹脂的抗沖擊強度[6]。

3 酚氧樹脂的性能指標

材料結構決定材料性能。酚氧樹脂的結構決定了其獨特的性能特點：

（1）優良的韌性，可作其他熱固性材料的增韌改性劑[7]。

（2）具有活潑羥基結構，作用于各種基材如金屬、玻璃、塑料、木材、紡織面料等，具有優良的粘接牢度。其典型物性指標見表1。

（3）具有極好的氣體阻隔性，與其他高分子包裝材料透氣率對比情況見表2。從表2中可以看出，與其他常規高分子包裝材料相比，酚氧樹脂的氣體透過率要低很多，而且其已通過美國的食品安全認證US FDA，可用于食品包裝，比如用于罐裝食品罐內涂層。

4 酚氧樹脂的主要應用領域

由于酚氧樹脂的性能特點，其可用作環氧樹脂的增韌改性，凡是使用環氧樹脂需要提高韌性的地方、涂層中需要提高粘接牢度的地方都可以使用。常用的應用領域主要有：

（1）金屬表面涂層：比如卷鋼板涂層、易拉罐涂層、金屬罐壁涂層、信用卡磁卡涂層、漆包線涂層等。

（2）復合材料：碳纖復合材料、玻璃鋼預浸料、紡織面料的貼合、覆銅板及印刷線路板等。

（3）防腐涂料：可以加入環氧樹脂等防腐涂料，大大提高與基材的粘接牢度。

圖2 酚氧樹脂與環氧樹脂抗沖擊強度對比

圖3 酚氧樹脂對環氧樹脂增韌情況

（4）食品包裝材料涂層：食品易拉罐、包裝薄膜涂層等。

5 酚氧樹脂在我國應用情況

目前國內使用的酚氧樹脂以進口為主，價格較高，一般是環氧樹脂的3～4倍，由于其價格較高，常規環氧樹脂產品中很少采用添加酚氧樹脂來增韌，主要在生產覆銅板領域中使用，特別是在金屬基柔性覆銅板中，用其來提高鋁基、鐵基、銅基等金屬基與樹脂的粘接牢度[8]。近年來隨著LED產業及市場的迅速發展擴大，作為LED電氣互連及散熱用基板的主要材料，金屬基覆銅板已成為當前我國覆銅板產品中最熱門的品種。隨著金屬基覆銅板的迅猛發展，必將給酚氧樹脂的推廣應用提供一個較好的發展機遇。

在卷鋼板、工廠屋頂防腐涂料、汽車底漆涂層方面，酚氧樹脂也有一些應用，但量不是很大，只有一些對涂層韌性與粘接牢度要求高的產品才會采用。

在高端復合材料領域，比如碳纖維復合材料，酚氧樹脂可提高碳纖維復材的韌性，但應用不是很普遍。主要因為酚氧樹脂玻璃化溫度不是很高（一般在83℃～92℃），而很多碳纖維復合材料加工溫度都較高，酚氧樹脂在碳纖維復合材料的高溫加工工藝中要進行一定的改性處理，工藝比較復雜，因此其在高端復合材料中的應用受到一定限制。

除了價格高因素外，酚氧樹脂應用技術的配套開發跟不上也是制約其在國內大量應用的一個重要因素。但隨著人們對酚氧樹脂認識的加深以及國內自主開發能力的提高，相信其在我國的應用會得到長足發展。