簡介
環氧樹脂 是一類由含有環氧基的寡聚物或預聚物所定義的反應性熱固性聚合物，固化後會形成緊密交聯的網絡，具有高附著力、耐化學性、低收縮率以及優異的電絕緣性能。在塑膠與複合材料領域，它們作為基體樹脂、結構性 adhesives、保護性 coatings、封裝材料及澆鑄化合物扮演核心角色，其性能可透過樹脂骨架、硬化劑、化學計量、填料及改性劑進行調整。
從材料角度來看，環氧樹脂的價值不在於單一固有特性，而在於其配方可被設計來平衡韌性、剛性、黏度、固化速度、玻璃轉移溫度及環境耐久性。主要商業化學品包括雙酚A基液態環氧樹脂、較高分子量的固體級別、用於更高化學與耐熱性的酚醛環氧，以及低氯、水性或阻燃的特殊變體。
從歷史來看，環氧樹脂在20世紀中葉開始具有商業重要性，當時製造商學會利用環氧化物開環反應，為 coatings、adhesives、電子產品及纖維強化複合材料打造耐用且低收縮的網絡。自此，其重要性隨基礎設施保護、風能、電子微型化及輕量化複合材料的成長而擴大。
同時，環氧樹脂面臨持續的永續性挑戰，因為大多數傳統等級來自化石原料，且一旦交聯便難以回收。因此，產業與研究正聚焦於降低氯含量生產、生物基環氧、可回收熱固性、無溶劑或水性系統，以及在苛刻應用中改善生命週期表現。
歷史與發展
環氧化學源自20世紀前半葉熱固性樹脂及聚合物反應工程的廣泛發展。商業成功來自於找到甘油醚樹脂的實用合成路線，特別是基於雙酚A與環氧氯丙烷的路線，使其能在工業規模上重現性生產。
當配方師發現只要改變硬化劑、促進劑、稀釋劑、填料或顏料組合，就能讓環氧樹脂適用於許多最終用途時，該技術便成熟起來。這種靈活性幫助環氧樹脂在高性能 coatings、結構性黏合、電子封裝及複合材料基體中取代或補充較舊的熱固性樹脂。
近幾十年，發展方向已轉向低排放加工、降低殘留鹵素含量、更好的UV穩定性、更韌的網絡，以及與循環經濟目標的相容性。專利與產品公告也顯示持續在超快固化、低溫固化及提升 coatings 與先進製造的加工效率方面進行研究。
化學結構與關鍵特性
環氧樹脂是含有至少兩個環氧基（也稱氧丙烷環）的反應性寡聚物或聚合物，可與胺類、酸酐、酚類、硫醇或其他 hardeners 進行開環固化反應。固化步驟會形成三維網絡而非可再熔融加工的塑膠，因此環氧系統被歸類為熱固性樹脂。
代表性結構類型
- 雙酚A二縮水甘油醚 類型：最常見的通用液態環氧，因黏度、附著力與成本的平衡而受重視。
- 雙酚F 類型：通常黏度較低，用於需要改善操作性或更高固體含量的場合。
- 酚醛環氧：官能度與交聯密度較高，通常用於優先要求化學與熱阻的場合。
- 特殊環氧：低氯、水性、柔性、阻燃及反應性稀釋劑系統，用於特定應用性能。
關鍵性能概況
| 特性 | 典型意義 |
|---|---|
| 附著力 | 對金屬、玻璃、混凝土、木材、陶瓷及纖維的強力黏合。 |
| 耐化學性 | 對多種燃料、溶劑、油類及鹼性環境具有良好抵抗力。 |
| 固化收縮 | 與許多其他熱固性樹脂相比收縮率低，有助於尺寸精度。 |
| 電絕緣 | 高介電強度使其在電子與電力設備中至關重要。 |
| 機械強度 | 固化後的環氧可在填充或強化系統中提供高拉伸、彎曲及壓縮性能。 |
| 熱穩定性 | 視配方而定；高性能系統可達到較高的玻璃轉移溫度。 |
實際技術限制與因應措施
- 耐紫外線能力差 → 芳香族環氧網絡在長期UV曝曬下會泛黃並脆化 → 使用 UV absorbers、受阻胺 light stabilizers、著色面漆或脂肪族/特殊環氧系統。
- 未改性高交聯配方易脆 → 緻密網絡結構增加剛性但降低抗裂性 → 添加增韌劑、橡膠改性劑、核殼粒子、熱塑性增韌劑或調整交聯密度。
- 固化後無法再加工 → 熱固性交聯阻止重新熔融 → 採用可修復設計、有限情況下的複合材料機械回收，或新興的可回收共價網絡概念。
- 傳統製程中的殘留氯化雜質 → 使用環氧氯丙烷的合成路線若純化不足可能留下微量氯化物 → 採用低氯等級、改善洗滌及更嚴格的製程控制。
配方範例
- 0.5–5 wt% 反應性稀釋劑 可用於降低黏度同時參與固化，可改善潤濕與纖維浸潤，而不像溶劑般蒸發。
- 約1–5 wt% 磷系阻燃劑 可加入某些環氧配方中改善防火性能，通常藉由促進成炭及降低易燃性達成。
生產製程與原料
最常見的液態環氧樹脂商業路線是使用 雙酚A 與 環氧氯丙烷 在鹼性催化劑存在下反應，接著進行脫鹵化氫、相分離、洗滌及純化。固體環氧樹脂通常是將液態樹脂推進至較高分子量，以增加黏度與官能度。
主要原料
- 雙酚A 或相關酚類：提供芳香骨架並貢獻剛性與耐熱性。
- 環氧氯丙烷：引入環氧官能基，是主流工業路線的核心。
- 氫氧化鈉或其他鹼：在合成過程中驅動脫鹵化氫與環閉合。
- 溶劑與洗滌水：用於特定製程方案中的純化、分離及黏度控制。
- Additives 與改性劑：chain extenders、反應性稀釋劑、填料、pigments、增韌劑及 flame retardants 會在後續混煉中加入。
製造順序
- 酚類前驅物與環氧氯丙烷或相關鹵醇化學反應。
- 進行鹼性脫鹵化氫以形成環氧環。
- 分離鹽類副產物並移除過量環氧氯丙烷。
- 洗滌並純化樹脂以降低殘留鹼、氯化物及色度。
- 必要時透過控制推進將液態樹脂轉為固體等級。
- 根據應用需求混入 additives 以達到最終性能。
此製造邏輯之所以重要，是因為最終樹脂特性深受環氧當量、分子量分布、殘留氯化物、黏度及色澤影響。
應用與終端市場
環氧樹脂用於需要結合附著力、耐化學性、結構強度及尺寸穩定性的場合。
主要用途
| 產業 | 典型環氧等級或系統 | 使用原因 |
|---|---|---|
| 保護性 coatings | 液態雙酚A或雙酚F環氧搭配胺類或 polyamide curing agents | 對鋼鐵、混凝土、槽罐、管線及海洋結構提供腐蝕防護。 |
| 結構性 adhesives | 增韌液態環氧、膏狀系統、雙組分 adhesives | 以高內聚強度黏合金屬、複合材料、玻璃、陶瓷及混凝土。 |
| 複合材料 | 低黏度層壓環氧、灌注系統、預浸料樹脂 | 纖維潤濕、負載傳遞、耐疲勞性，以及航太、風電、汽車及海洋零件的優異性能。 |
| 電氣與電子 | 封裝劑、灌封化合物、PCB層壓板、澆鑄樹脂 | 電絕緣、防潮及尺寸穩定性。 |
| 營建 | 灌漿、修補砂漿、錨固系統、地坪 | 高黏結強度及對化學品與磨損的抵抗力。 |
| Tooling 與工業製造 | 模具製作系統、澆鑄樹脂、夾具 | 固化時精確複製及低收縮。 |
常見製程-性能搭配
- 薄膜與塗層應用 通常使用較低黏度的液態樹脂，可潤濕基材並固化成連續阻隔膜。
- 複合材料灌注與預浸料系統 需要仔細平衡黏度與固化動力學，以便在凝膠前完成纖維浸潤。
- 電氣封裝 使用低離子、低收縮等級以保護電路並維持介電性能。
- 高耐化學性襯裡 常使用酚醛或類似高官能度環氧，以因應侵蝕性製程環境。
不適合的用途
環氧樹脂通常不適合高量、低成本的軟性包裝，因為固化後的環氧是熱固性、相對剛性，且不適合包裝薄膜中常用的低成本、可熱封、全回收結構。
環境與永續性面向
環氧樹脂呈現混合的永續性概況。正面而言，它們延長基礎設施使用壽命、減少腐蝕損失、實現輕量化複合材料，並改善運輸與風電的能源效率。這些使用壽命增益在許多應用中可實質抵消樹脂製造的影響，特別是當避免故障在經濟與環境上成本高昂時。
負面而言，許多主流環氧系統仍為化石基，並依賴石化供應鏈的原料。其固化網絡不易重新熔融，使得傳統機械回收困難，且最終命運常限於降級回收、研磨為填料、焚化回收能量或特殊回收路線。
當前永續發展方向
- 生物基環氧：部分源自生物芳香族、植物油、木質素衍生前驅物或其他可再生中間體，旨在降低化石碳強度。
- 低氯與高純度等級：降低殘留鹵素含量並改善法規與性能概況。
- 水性與高固體配方：減少應用過程中的溶劑排放。
- 可回收熱固性與可返工化學：尋求可逆共價鍵結或可裂解網絡架構，儘管產業滲透仍有限。
- 長壽命設計：在 coatings 與複合材料中，延長使用壽命仍是環氧最有效的永續策略之一。
經濟與全球市場影響
環氧樹脂是全球塑膠與特用材料經濟中的主要熱固性類別，因為它服務基礎設施、電氣化、行動性、風能及電子供應鏈。需求與工業生產、營建支出、能源基礎設施及複合材料採用密切相關，而非消費者包裝量。
競爭格局由大型整合樹脂生產商與特用配方商塑造。全球知名廠商包括 Westlake Epoxy、Hexion、Olin、Aditya Birla Chemicals、Kukdo Chemical 及 Nan Ya Plastics，以及區域生產商與下游配方商。產品差異化通常基於黏度、色澤、氯含量、固化速度、純度及法規符合性，而非僅依據簡單的商品定價。
供應鏈經濟受雙酚A、環氧氯丙烷、能源、運費及與鹵化製程流及廢水處理相關的環保合規成本影響。因此，製程效率與原料多元化仍是重要的策略槓桿。
當前挑戰與創新
關鍵挑戰
- 生命終期管理：固化熱固性樹脂仍難以大規模回收。
- 健康與法規審查：工作場所處理、殘留單體及某些前驅物化學需謹慎暴露控制與合規管理。
- 脆性與裂紋敏感性：尤其在高度交聯的未改性系統中。
- UV與耐候限制：戶外使用時需穩定化。
- 永續壓力：對低碳、低溶劑及生物基替代品的需求上升。
值得注意的創新
- 增韌環氧基體 用於複合材料與結構性 adhesives，使用橡膠、熱塑性或粒子改性劑提升耐衝擊性。
- 低黏度與反應性稀釋劑系統 改善灌注、電氣澆鑄及高固體 coatings 的加工性。
- 阻燃環氧系統 加入磷系 additives 供電子與運輸應用。
- 超低溫與快速固化系統 用於粉末 coatings 與高通量加工。
- 低氯配方 旨在提升電氣可靠性與更好的純度控制。
未來展望
環氧樹脂很可能繼續在高性能 coatings、複合材料、adhesives 及電子領域不可或缺，因為很少有材料能結合其附著力、耐化學性及配方靈活性。成長預期最強勁的領域是耐用基礎設施、電氣化及輕量化材料能創造每公斤樹脂高價值的場合。
最重要的中期轉變將是走向更循環且低碳的環氧系統，包括可再生原料、改善加工效率，以及設計用於修復或最終解聚的網絡化學。同時，性能目標將持續提升，特別是風力渦輪葉片、電氣絕緣、航太結構及更嚴苛服務環境中的腐蝕防護。
摘要
環氧樹脂是高性能熱固性樹脂，其商業重要性來自可固化的環氧基化學、卓越附著力、耐化學性及廣泛配方彈性。它們是 coatings、adhesives、複合材料及電氣材料中的基礎，但其未來將越來越取決於永續性改善、更好的生命終期策略，以及固化化學與原料的持續創新。
參考文獻
- •
About Epoxy Resin — History, Chemistry, Curing, Properties. (n.d.). https://epoxy.ac/about-epoxy-resin.htmlLink
- •
An Overview of Epoxy Resins. (2019, October 3). https://dragonplate.com/an-overview-of-epoxy-resinsLink
- •
Applications of Epoxy Resin: Adhesives, Coatings, and .... (2025, October 2). https://www.intechopen.com/chapters/1222710Link
- •
Epoxy resin - A113. (2021, March 11). https://compositeskn.org/KPC/A113Link
- •
What Is Epoxy Resin? From Chemistry to Aerospace Applications. (2025, September 5). https://www.jotamachinery.com/academy/advanced-composite-materials/what-is-epoxy-resin/Link
- •
What Is Epoxy Resin? Properties & Uses Explained | ConRo Blog. (n.d.). https://www.conro.com/Blog/What-is-epoxy-resin/Link
- •
Résines époxy EP. (n.d.). https://www.inrs.fr/dam/jcr:c2f1585c-e5c2-4ab0-9921-9f81d47985fc/POLYMERE_EP.pdfLink
- •
Epoxy Resins: Uses in Coatings, Adhesives, and Materials. (2026, May 18). https://www.chemicalsafetyfacts.org/chemicals/epoxy-resins/Link
- •
Résines époxy (EP) - Base de données Plastiques, risque et .... (n.d.). https://www.inrs.fr/publications/bdd/plastiques/polymere.html?refINRS=PLASTIQUES_polymere_48Link
- •
Epoxy Resin for Laminating: Uses, Benefits & Products. (2025, April 21). https://www.resinlibrary.com/knowledge/article/epoxy-resin/Link
- •
EP: Epoxy resin. (n.d.). https://analyzing-testing.netzsch.com/en-US/polymers-netzsch-com/thermosets/ep-epoxy-resinLink
- •
Epoxy. (2003, April 17). https://en.wikipedia.org/wiki/EpoxyLink
- •
Exolit™ EP Flame Retardants for Epoxy Resins. (2026, May 5). https://www.clariant.com/en/Business-Units/Additives-and-Adsorbents/Flame-Retardants/Product-Line-Overview/Exolit-EPLink
- •
Epoxy - an overview | ScienceDirect Topics. (n.d.). https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/epoxyLink
- •
What is Epoxy? Properties, Applications & Manufacturing .... (2025, September 30). https://www.protolabs.com/en-gb/resources/blog/what-is-epoxy/Link
- •
Low-chlorine epoxy resins. (n.d.). https://www.adeka.co.jp/en/chemical/products/functional/pro143c.htmlLink
- •
Epoxy resins: How to select the right grade?. (2026, April 13). https://www.specialchem.com/plastics/guide/epoxy-resinLink
- •
PROCESS FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF EPOXY RESINS - European Patent Office - EP 2294108 B1. (n.d.). https://data.epo.org/publication-server/rest/v1.2/publication-dates/20130220/patents/EP2294108NWB1/document.pdfLink
- •
Epoxy Resin Material: Comprehensive Analysis Of .... (n.d.). https://eureka.patsnap.com/materials/epoxy-resin-material-analysisLink
- •
A Complete Guide to Epoxy Resin. (2023, August 29). https://uk.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/epoxy-resin-guideLink
- •
Epoxy resins - ADEKA. (n.d.). https://www.adeka.co.jp/en/chemical/products/functional/pro142c.htmlLink
- •
EPエポキシ樹脂｜KDAのプラスチック加工技術. (n.d.). https://www.kda1969.com/materials/pla_mate_ep.htmLink
- •
Cast resin, Epoxy resins (EP) yellow, 5000g. (2025, April 12). https://www.hellermanntyton.com/products/cast-resin-technology/ep-20-hardener-part-b-5000g/435-00473Link
- •
ADEKA EP-4000S Epoxy Resin – Low-Viscosity, High-Adhesion for .... (2026, August 17). https://www.ericwchem.com/products/adeka-ep-4000s-epoxy-resin.htmlLink
- •
Epoxy thermosets and their applications I. (n.d.). https://engineering.unt.edu/mse/research/labs/lapom/sites/default/files/epoxyjme1.pdfLink
- •
EP – Epoxy Series. (n.d.). https://everlight-uva.com/products/eversorb/performance/eversorb-ep-seriesLink
- •
Functional Polymers｜Chemical Products - ADEKA. (n.d.). https://www.adeka.co.jp/en/chemical/products/functional/Link
- •
EP (epoxy resin) | 38891-59-7 - ChemicalBook. (2026, August 28). https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB83076963.htmLink
- •
EPエポキシ樹脂（物性表1a）｜KDAのプラスチック加工技術. (n.d.). https://www.kda1969.com/materials/pla_mate_ep2a1.htmLink
- •
Epoxy Resin Adhesives: Modification and Applications - IntechOpen. (2022, January 9). https://www.intechopen.com/chapters/79976Link
- •
TECNNICAL INFORMATION. (n.d.). https://www.epakem.com/upload/files/EP-100-TDS.pdfLink
- •
EPOCAST Epoxy Resin, EP-3000. (2016, July 3). https://shop.metallographic.com/products/ep-3000Link
- •
Epoxy Ester Resins. (n.d.). https://www.biesterfeld.com/en/de/product/epoxy-ester-resins/Link
- •
5 Amazing Uses of Epoxy Resin - PVL. (2024, September 20). https://pvl.co.uk/blogs/blog/5-amazing-uses-of-epoxy-resinLink
- •
EPエポキシ樹脂（物性表2）｜KDAのプラスチック加工技術. (n.d.). https://www.kda1969.com/materials/pla_mate_ep2b.htmLink
- •
EPD LER A websites. (n.d.). https://www.lcastudio.cz/dokumenty/epd219.pdfLink
- •
EPON™ Resin 826. (2022, June 23). https://www.specialchem.com/plastics/product/westlake-epoxy-epon-resin-826Link
- •
[PDF] EP-L160 - Easy Composites. (n.d.). https://media.easycomposites.co.uk/datasheets/EC-TDS-EL160-High-Temperature-Laminating-Resin.pdfLink
- •
Epoxy Resins for Adhesives and Sealants. (2025, July 7). https://www.specialchem.com/adhesives/guide/epoxy-resins-for-adhesives-and-sealantsLink
- •
Epoxy Resin Production_ Detailed Steps | PDF. (2026, February 24). https://www.scribd.com/document/980504110/Epoxy-Resin-Production-Detailed-StepsLink
- •
COMMODITY PRODUCTION COSTS. (n.d.). https://cdn.intratec.us/docs/icc/previews/REPORT-ICC-PREV-210-D-PREM-USA.pdfLink
- •
LIQUID EPOXY RESIN. (n.d.). https://cenia.gov.cz/wp-content/uploads/2019/05/EPD_S-P-00219_20190101(1).pdfLink
- •
Manufacturing process of Epoxy resins. (2021, October 12). https://www.valcogroup-valves.com/faq-2/epoxy-resins-manufacturing-process-of-epoxy-resins/Link
- •
Epoxy Resin Production Plant DPR 2026, Setup Guide, Machinery Cost and ROI. (2026, March 12). https://www.openpr.com/news/4421441/epoxy-resin-production-plant-dpr-2026-setup-guide-machineryLink
- •
METHOD FOR MANUFACTURING ULTRA-LOW-TEMPERATURE, FAST-CURABLE EPOXY RESIN, AND POWDER COATING COMPOSITION COMPRISING RESIN MANUFACTURED THEREBY - European Patent Office - EP 4067452 A1. (n.d.). https://data.epo.org/publication-server/rest/v1.0/publication-dates/20221005/patents/EP4067452NWA1/document.pdfLink
- •
Process for manufacturing liquid epoxy resins. (2009, March 24). https://patents.google.com/patent/EP2260067A2/enLink
- •
Liquid Epoxy Resin Manufacturing Process | PDF | Chemical Reactor. (2026, March 3). https://www.scribd.com/document/424987560/ResinLink
- •
1. (n.d.). https://pdfs.semanticscholar.org/67f5/ceab5f7102583cab286001fc7c6ac4430dc8.pdfLink
- •
Making Epoxy Resins. (2005, January 1). https://pslc.ws/macrog/eposyn.htmLink
- •
epoxy resin production, liquid - Europe - ecoQuery. (2026, August 22). https://ecoquery.ecoinvent.org/3.9.1/cutoff/dataset/3008/historyLink
- •
Process for manufacturing an epoxy resin - European Patent Office - EP 2669306 A1. (n.d.). https://data.epo.org/publication-server/rest/v1.2/publication-dates/20131204/patents/EP2669306NWA1/document.pdfLink
- •
Printed by Jouve, 75001 PARIS (FR). (n.d.). https://patentimages.storage.googleapis.com/41/8c/fc/bdcc68b36183d7/EP3563927A1.pdfLink
- •
Epoxy Resin Manufacturing Process Overview | PDF. (2025, May 2). https://www.scribd.com/document/512331327/326031763-Manufacturing-Process-of-Epoxy-Resins-With-Formulation-Synthesis-Epoxy-Resin-Adhesives-and-Epoxy-Resin-CoatingsLink
- •
Understanding the Manufacturing Process of Epoxy Resins. (2025, April 22). https://www.vertecbiosolvents.com/understanding-the-manufacturing-process-of-epoxy-resinsLink
- •
US4582892A - Process for the preparation of epoxy resins. (2005, May 28). https://patents.google.com/patent/US4582892A/enLink