環氧樹脂增韌改質劑

環氧樹脂自 1950 年代即被廣泛使用為接著劑，因其具有某些優 越的性質。不過當環氧樹脂硬化後其交聯密度 (degree of crosslinking) 增加，使環氧樹脂成為易脆的材料，會減弱環氧樹脂的韌性，而限制 了其應用。這個缺點會造成鑄模品在成型時易產生裂紋；再作黏著劑 時容易有剝離的現象；而用於複合材料的基材時，內部的微小裂紋容 易沿著纖維方向傳遞擴大。針對這些缺點，環氧樹脂的韌性

（toughness）之改良已有許多研究探討。一般而言在改質環氧樹脂方 面有如下的方法[25]：

1. 化學方法：經由共聚合，共縮合，接枝聚合，塊聚合以及架橋反 應等化學反應而進行改質。

2. 物理方法：摻混填充劑，添加劑，改質劑，增韌劑等而進行改質。

用環氧樹脂將其他樹脂改質時，種類多元化。

以下列舉幾種常見的增韌方式[26]：

1) 添加可塑劑(Plasticizer)

利用低分子量液態可塑劑的添加，使環氧樹脂分子鏈段易於 活動，當受到外力衝擊時便容易產生基材本身形變而消耗能量來達到 增韌效果，例如，DOP、DBP、DINP 等，缺點是會降低樹脂的強度 與熱性質，但仍是目前商業上常見的使用方式之一。

2) 添加剛性粒子(Rigid particle toughening)

剛性粒子與基材之間需要有良好的界面接著方能獲得增韌效 果，一般使用偶合劑來做表面改質，且粒子需要良好的分散性，團聚 效應將會引發應力集中破壞的結果，常見的增韌劑包括：玻璃珠、中 空玻璃球、奈米二氧化矽、黏土等無機粒子。

3) 添加熱塑性高分子(Thermoplastic toughening)

利用溶劑溶解法或熱溶法將熱塑性高分子溶於環氧樹脂網狀 結構中，可能因此獲得半互穿網型結構(Semi-IPN)或相分離出海島型 結構使環氧樹脂獲得增韌，例如：PES、PEI、PU 等。

4) 添加液態橡膠(Liquid rubber toughening)

液態橡膠是環氧樹脂增韌方法中最早發現，且最被經常研究 與討論的方式，液態橡膠直接添加於環氧樹脂中會因比重關係而浮於 表面，影響增韌效果，因此透過液態橡膠反應性基團與環氧樹脂形成 共價鍵來改善此問題，當環氧樹脂硬化後液態橡膠會因相分離出海島 兩相粒子來獲得增韌，例如：CTBN(carboxyl terminated butadiene-

5) 添加核殼結構粒子(Core-shell particle)

利用乳化聚合反應獲的具有軟質及硬質結構的內外雙層結構 粒子，核殼粒子可能透過拉伸成洞、撕裂及誘發基材產生剪切變形機 構來獲得增韌，核心/殼層的結構，粒子的大小，與環氧樹脂基材的 接著力以及分散性都可能影響增韌效果。

6) 多元增韌劑

透過二種或二種以上的增韌劑或方法來提高增韌效果或增強 另一增韌劑不足之處，藉已獲得符合應用需求之性質。

7) 改變環氧樹脂結構(Flexibility of epoxy resin)

在環氧樹脂主鏈導入柔軟段結構，或增加主鏈長度來降低交 聯密度，另外透過多種硬化劑的選擇都可以有效獲得增韌效果，改變 硬化劑商業上最常見的方式，有非常多元化的選擇與商業化的產品，

也是本實驗所選用研究方式。

綜觀文獻上其實增軔性改質環氧樹脂之研究報告相當多，主要我 們整理成四種主要技術應用，包括(1)調整交聯密度，(2)使用柔韌分 子結構，(3)內部可塑化，(4)利用特殊結構或材料等。如表 7 所示，

表7 增軔改質環氧樹之技術應用。

Addact 型硬化劑等，單功能環氧 樹脂，環氧樹脂/聚醯胺

可塑劑(如 diester phthalatetar，

petrolem resin etc.)

Epoxy/acrylics.Epoxy/UP.

Epoxy/unethane etc.

加入聚醚(Mw.1000~5000)