午夜视频在线网站,日韩视频精品在线,中文字幕精品一区二区三区在线,在线播放精品,1024你懂我懂的旧版人,欧美日韩一级黄色片,一区二区三区在线观看视频

分享

不飽和聚酯樹脂(含乙烯基酯樹脂)的固化知識介紹

 共享2931 2023-04-11 發(fā)布于廣東
             不飽和聚酯樹脂的固化1
1.引言 
  
不飽和聚酯樹脂(UPR)的固化似乎是從理論和實踐上已研究得十分透徹的問題,但是因為影響固化反應的因素相當復雜,而在UPR的各種應用領域中,制品所出現(xiàn)的質量瑕疵在很大程度上幾乎都與“固化”有關。所以,我們有對UPR的固化進行較 深入探討的必要。
探討不飽和聚酯樹脂的固化,首先應該了解與不飽和聚酯樹脂固化有關的一些概念和定義。
2.與不飽和聚酯樹脂固化有關的概念和定義
  2.1 固化的定義
  
液態(tài)UPR在光、熱 或引發(fā)劑的作用下可以通過線型聚酯鏈中的不飽和雙鍵與交聯(lián)單體的雙鍵的結合,形成三向交聯(lián)的不溶不熔的體型結構。這個過程稱為UPR的固化。
   2.2固化劑
  不飽和聚酯樹脂的固化是游離基引發(fā)的共聚合反應,如何能使反應啟動是問題的關鍵。單體一旦被引發(fā),產生游離基,分子鏈即可以 迅速增長而形成三向交聯(lián)的大分子。
  
不飽和聚酯樹脂固化的啟動是首先使不飽和C—C雙鍵斷裂,由于化學鍵發(fā)生斷裂所需的能量不同,對于C—C 鍵,其鍵能E=350kJ/mol,需350-550℃的溫度才能將其激發(fā)裂解。顯然,在這樣高的溫度下使樹脂固化是不實用的。因此人們找到了能在較低的 溫度下即可分解產生自由基的物質,這就是有機過氧化物。一些有機過氧化物的O—O鍵可在較低的溫度下分解產生自由基。其中一些能在50-150℃分解的過 氧化物對樹脂的固化很有利用價值。我們可以利用有機過氧化物的這一特性,選擇其中的一些作為樹脂的引發(fā)劑,或稱固化劑。
  固化劑的定義:不飽 和聚酯樹脂用的固化劑,是在促進劑或其它外界條件作用下而引發(fā)樹脂交聯(lián)的一種過氧化物,又稱為引發(fā)劑或催化劑。
  這里所說的“催化劑”與傳統(tǒng) 意義上的“催化劑”是不同的。在傳統(tǒng)的觀念上,“催化劑” 這個術語是為反應物提供幫助的,它們在促進反應的同時,本身并沒有消耗。而在UPR固化反應 中,過氧化物必須在它“催化”反應以前,改變它本身的結構,因此對于用于UPR固化的過氧化物來說,一個較合適的名字應該叫做“起始劑”或“引發(fā)劑”。
       說到過氧化物我們要有必要了解的兩個概念是活性氧含量和臨界溫度。其中“活性氧”或“活性氧含量”是一個與固化劑有密切關系并常常被誤會的概念。
    活性氧含量:活性氧含量簡單來說就是過氧化物中氧和過氧化物分子總量的百分比。
  從這個概念本身來說,一個具有較低的分子量的過氧化物的活 性氧含量可能相對較高。但這并不意味著活性氧含量高的過氧化物比活性氧含量低的過氧化物具有更多或更快的活性。(因為我們很多應用廠家是用活性氧含量作為 考核固化劑的一個指標)事實上,活性氧含量僅僅是作為一個衡量任何一個特定的過氧化物的濃度和純度的一個尺度。人們發(fā)現(xiàn)許多具有較高的活性氧含量的過氧化 物并不適合用于固化樹脂,因為它們在標準的固化溫度下會很快地分解或“耗盡”,也就是它分解游離基的速度過快。由于游離基總是有一種彼此間相互結合的強烈 傾向,當游離基產生的速度比它們被不飽和雙鍵利用的速度快時,它們會重新組合或者終止聚合鏈,從而產生低分子量的聚合物而導致不完全固化的結果。(典型的 例子就是過氧化氫)。
  臨界溫度:簡單來說,臨界溫度就是過氧化物大量分解產生自由基的最低溫度。(這個溫度一般來說只是一個近似值。在此溫 度以前同樣也有游離基放出,只是程度不同而已。)
  我們可以根據(jù)過氧化物的臨界溫度不同將過氧化物分為中溫引發(fā)劑或高溫引發(fā)劑。對于拉擠成型 以及模壓成型就是依據(jù)所使用的過氧化物的臨界溫度來確定工作溫度的。一般設定工作溫度要稍高于引發(fā)劑的臨界溫度。(例如:過氧化甲乙酮的臨界溫度是 80℃;過氧化苯甲酰的臨界溫度是70℃;過氧化二叔丁基為146℃;過苯甲酸叔丁酯為194℃。拉擠成型工藝選用過氧化二苯甲酰和過氧化二叔丁基為引發(fā) 劑,程序升溫采用的溫度就是90℃;160℃。)
  2.3促進劑
  
外界溫度的高低直接影響著過氧化物產生游離基的速度,靠加熱來 使固化劑釋放出游離基從而引發(fā)樹脂固化,這個過程當然是可行的,但是高溫操作也會帶來一些不便。于是,人們進一步發(fā)現(xiàn)一些有機過氧化物可以用另一種化合物 來激活,它們通常通過氧化——還原反應而起作用,不需升溫,在環(huán)境溫度下就可以裂解產生游離基。這種能在環(huán)境溫度下能激活過氧化物的物質就是促進劑或可稱 為加速劑或活化劑。
       促劑劑的定義:促進劑是能促使固化劑在其臨界溫度以下形成游離基(即實現(xiàn)室溫固化)的物質。
  2.4光固化
   
另外一種引發(fā)樹脂固化的物質是光,光譜中能量最高的紫外光產生的活化能,能夠使樹脂的C—C鍵斷裂,產生自由基從而使樹脂固化。例如,我們曾做過實驗, 即使是在0℃以下,如果把樹脂放在陽光直接照射的地方,樹脂也能在一天內膠凝。
  當UPR中加入光敏劑后,用紫外線或可見光作能源引發(fā),能使 樹脂很快發(fā)生交聯(lián)反應。
  至此,我們可以了解到,按引發(fā)方式的不同,不飽和聚酯樹脂固化類型可為三種:
  熱固化:靠外部加熱使固 化劑釋放游離基,從而引發(fā)樹脂固化的過程。(也稱為熱引發(fā)固化)
  冷固化:在室溫或固化溫度不高的條件下,通過加入促進劑使固化劑釋放游離基 從而使樹脂固化的過程。(也稱為化學分解引發(fā)固化)
  光固化:通過加入光敏劑,用紫外線作為能源,引發(fā)樹脂交聯(lián)固化的過程。(也稱為光引發(fā)固 化)
以下我們主要討論冷固化中常用固化體系。
3.冷固化體系中常用的固化劑類型
  
1.過氧化環(huán)己酮(是多種氫過氧化物的混合物)
圖片
其中以第(Ⅰ)種結構為主。
  過氧化環(huán)己酮溶解在二丁酯中,成為50%的糊狀物,稱為1#固化劑
  2.過氧化二苯甲酰(是一種過氧化物,簡稱BPO)
  結構式:
圖片
過氧化二苯甲酰溶解在二丁酯中,成為50%的糊狀物,稱為2#固化劑
  3.過氧化甲乙酮(簡稱MEKP)
  這是一種液態(tài)固化劑,一般配成有效成份為50%的二甲酯溶液,就是市售的5#固化劑。在有效成份中,同樣,不是單一化合物,而是由多種分子結構的氫過氧化物的混合物:
圖片
   這些化合物具有不同的活性,氫過氧基(-OOH)使活性增大,羥基(-OH)使活性減小。
      目前國內最常用的固化劑就是5#固化劑。值 得注意的是,目前國產5#固化劑的質量有所下降,存在著固化劑中低分子物含量過高、含水量過高等缺點。由于生產工藝不過關,爆炸事故頻繁發(fā)生,很多廠家目 前的生產工藝不采用蒸餾法除去水,而采用低溫冷卻靜置分離法,此法的弊病是除水不盡,固化劑中含水量過高,如果采用多次冷凍分離的方法,又會造成收率低、 成本高。一些商家為了提高固化劑的活性氧含量,向固化劑中直接加入過氧化氫,對于這樣的固化劑,使用時會出現(xiàn)下列現(xiàn)象:
  1.固化劑、促進劑 加入樹脂后產生大量氣泡,低反應活性或阻聚劑含量高的樹脂現(xiàn)象尤為明顯。
  2.夏季氣溫升高,起泡現(xiàn)象更為嚴重。
  這是由于固化劑 中的過氧化氫快速分解,未能與樹脂及時反應引起的。
4.冷固化體系中常用的促進劑類型
  嚴格地講,促進劑可分為三類:
  1.對氫過氧化物 如過氧化環(huán)己酮、過氧化甲乙酮等有效的,如環(huán)烷酸鈷、辛酸鈷等。國外常用的是前者。
  2.對過氧化物如過氧化二苯甲酰BPO有效的,如叔胺 類:二甲基苯胺、二乙基苯胺等。
  3.對二者都有效的,如十二烷基硫醇等。
  實際常用的是前兩者,后者意義不大。
   市售的常用促進劑
  1.環(huán)烷酸鈷,一般為1%的苯乙烯溶液,稱為1#促進劑。常與1#固化劑過氧化環(huán)己酮配合使用。幾十年來,人們一直認為鈷 鹽促進劑固化性能好,在不飽和聚酯樹脂室溫固化中廣泛采用。由于受鈷鹽色澤的影響,近年來人們普遍認識到:其凝膠固化效果和顏色已不能滿足需要。
      2.N,N-二甲基苯胺,通常為10%的苯乙烯溶液,稱為2#促進劑。常與2#固化劑(過氧化二苯甲酰)配合使用。在樹脂中含有大量游離酚或聚酯分子鏈中 含有大分子支鏈的分子結構的場合,是很有效的固化系統(tǒng)。(如對于乙烯基酯樹脂固化、雙酚A類聚酯樹脂的固化、氯橋酸酐類聚酯樹脂等。)
  3. 異辛酸鈷,常用在預促進型樹脂中,尤其是用較濃的異辛酸鈷預促進,能得到較好的催干效果。通常情況下異辛酸的促進效果要比環(huán)烷酸鈷好,這是因為環(huán)烷酸是 一個分子量不固定(分子量范圍180-350)的環(huán)烷烴的羧基衍生物,所以其鈷含量難于做得十分精確,并且由于它是石油精制時的副產物,通常顏色較深,所 以目前市場上異辛酸鈷有取代環(huán)烷酸鈷的趨勢。
  4.鈷——鉀——鈣——過渡金屬復配的復合促進劑,(常被稱為5#促進劑)用堿金屬鹽、堿土金 屬鹽以及能變價的過渡金屬鹽類與鈷鹽配合使用,能達到單獨使用鈷鹽做促進劑達不到的效果。這是最近幾年市場上最常見的一種促進劑類型,它們可分為以下三 類:
  (1)鈷——鉀復合促進劑,鉀鹽對估促進劑協(xié)同作用較大。其配合使用可作為FRP制品促進劑。鉀的含量不宜過高,鈷含量不宜過低。否則 會影響FRP制品的強度。
 ?。?)鈷——鉀——過渡金屬復合促進劑,過渡金屬鹽對鉀鹽協(xié)同作用很大,但對鈷鹽沒有協(xié)同作用,甚至有延滯作用。過渡金屬鹽的加入能較大地縮短凝膠時間和固化時間,并能較大地降低UPR放熱峰溫度,鈷——鉀——過渡金屬鹽的復合促進劑既可用于FRP制品,又可用于 UPR澆鑄體制品。
 ?。?)鈷——鉀——鈣——過渡金屬復合促進劑,鈣鹽對鈷——鉀——過渡金屬鹽不能起到協(xié)同促進作用,只是起到增白的效 果,使?jié)茶T體外觀顏色變淺或接近無色??捎糜赨PR的澆鑄工藝。
  需要說明的是,目前市售的促進劑多為復合促進劑,與傳統(tǒng)的單一鈷鹽類型的促 進劑相比,具有低成本、低色號、固化迅速的特點。也就是說,目前,國產的促進劑質量已有大幅度的提高,在固化速度、固化后對制品的色澤影響等很多方面都優(yōu) 于進口材料。
  另外,2#促進劑(N,N-二甲基苯胺)對鈷鹽也有很強的協(xié)效作用,常用于冬季低溫施工。
5.不飽和聚酯樹脂的固化機理
  5.1 從游離基聚合的化學動力學角度分析
  UPR的 固化屬于自由基共聚合反應。固化反應具有鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉移四個游離基反應的特點。
  鏈引發(fā)——從過氧化物引發(fā)劑分解形成游離基 到這種游離基加到不飽和基團上的過程。
  鏈增長——單體不斷地加合到新產生的游離基上的過程。與鏈引發(fā)相比,鏈增長所需的活化能要低得多。
   鏈終止——兩個游離基結合,終止了增長著的聚合鏈。
  鏈轉移——一個增長著的大的游離基能與其他分子,如溶劑分子或抑制劑發(fā)生作用,使原來 的活性鏈消失成為穩(wěn)定的大分子,同時原來不活潑的分子變?yōu)橛坞x基。
  5.2 不飽和聚酯樹脂固化過程中分子結構的變化
  UPR的 固化過程是UPR分子鏈中的不飽和雙鍵與交聯(lián)單體(通常為苯乙烯)的雙鍵發(fā)生交聯(lián)聚合反應,由線型長鏈分子形成三維立體網絡結構的過程。在這一固化過程 中,存在三種可能發(fā)生的化學反應,即
  1.苯乙烯與聚酯分子之間的反應;
  2.苯乙烯與苯乙烯之間的反應;
  3.聚 酯分子與聚酯分子之間的反應。
  對于這三種反應的發(fā)生,已為各種實驗所證實。
  值得注意的是,在聚酯分子結構中有反式雙鍵存在 時,易發(fā)生第三種反應,也就是聚酯分子與聚酯分子之間的反應,這種反應可以使分子之間結合的更緊密,因而可以提高樹脂的各項性能。
   5.3 不飽和樹脂固化過程的表觀特征變化
不飽和聚酯樹脂的固化過程可分為三個階段,分別是:
  1.凝膠階段(A階段):從加入固 化劑、促進劑以后算起,直到樹脂凝結成膠凍狀而失去流動性的階段。該段中,樹脂能熔融,并可溶于某些溶劑(如乙醇、丙酮等)中。這一階段大約需要幾分鐘 至幾十分鐘。
  2.硬化階段(B階段):從樹脂凝膠以后算起,直到變成具有足夠硬度,達到基本不粘手狀態(tài)的階段。該階段中,樹脂與某些溶劑 (如乙醇、丙酮等)接觸時能溶脹但不能溶解,加熱時可以軟化但不能完全熔化。這一階段大約需要幾十分鐘至幾小時。
  3.熟化階段(C階段):在室溫下放置,從硬化以后算起,達到制品要求硬度,具有穩(wěn)定的物理與化學性能可供使用的階段。該階段中,樹脂既不溶解也不熔融。我們通常所指的后期固化就 是指這個階段。這個段通常是一個很漫長的過程。通常需要幾天或幾星期甚至更長的時間。
6.影響樹脂固化程度的因素
  不飽和聚酯樹脂的固化是線性大分子通過交聯(lián)劑的作用,形成體型立體網絡過 程,但是固化過程并不能消耗樹脂中全部活性雙鍵而達到100%的固化度。也就是說樹脂的固化度很難達到完全。其原因在于固化反應的后期,體系粘度急劇增加 而使分擴散受到阻礙的緣故。一般只能根據(jù)材料性能趨于穩(wěn)定時,便認為是固化完全了。樹脂的固化程度對玻璃鋼性能影響很大。固化程度越高,玻璃鋼制品的力 學性能和物理、化學性能得到充分發(fā)揮。(有人做過實驗,對UPR樹脂固化后的不同階段進行物理性能測試,結果表明,其彎曲強度隨著時間的增長而不增長, 一直到一年后才趨于穩(wěn)定。而實際上,對于已經投入使用的玻璃鋼制品,一年以后,由于熱、光等老化以及介質的腐蝕等作用,機械性能又開始逐漸下降了。)
   影響固化度的因素有很多,樹脂本身的組分,引發(fā)劑、促進劑的量,固化溫度、后固化溫度和固化時間等都可以影響聚酯樹脂的固化度。
   6.1 樹脂類型的對固化程度的影響
  1.線型不飽和聚酯分子鏈中雙鍵的含量(即雙鍵的密度)
  UPR的反應活性通常是以其中所 含不飽和二元酸的摩爾數(shù)占二元酸摩爾總數(shù)的百分比來衡量,所謂高反應活性,中反應活性,低反應活性一般是指:不飽和二元酸占70%以上者為高反應活 性;60-30%者為中反應活性;而不飽和二元酸占30%以下者為低反應活性。
  不飽和聚酯分子鏈中不飽和雙鍵含量越高,樹脂的反應活性越 高,達到完全固化的時間越短。
  2.線性不飽和聚酯分子中反式雙鍵和順式雙鍵兩種雙鍵的比例。反式雙鍵含量越高,固化程度越高。
    3.樹脂中應有足夠的苯乙烯含量,過多或過少都會使樹脂固化不良。
    4.樹脂中阻聚劑等其它添加劑的影響
  在保存未固化的液體 UPR時,要加入阻聚劑,使UPR商品在貯存過程中免于過早膠凝變質。引發(fā)劑和促進劑反應釋放出的游離基,最初是被阻聚劑消耗掉,阻聚劑變?yōu)榉€(wěn)定的大分子 失去阻聚能力。因此,低反應活性的樹脂有可能因為其中加入的阻聚劑量很少而顯得反應活性很高,而高反應活性的樹脂也可能因其中加入了較大量的阻聚劑變得不 甚活潑。另外樹脂中的填料、色漿、低收縮添加劑等也會影響樹脂的固化程度。
  6.2  固化劑、促進劑加入量對樹脂固化的影響
  為 了提高施工進度,以及其后制品性能的穩(wěn)定性,我們總是希望我們總是希望樹脂能盡快固化完全。對于一定反應活性的樹脂來說,固化劑、促進劑的加入量對樹脂的 的固化速度及其后的固化程度有很大的影響。
  通過理論和實踐,我們總結出如下的固化規(guī)律
  1.要有足夠的固化劑的加入量,以保證 足夠的放熱峰溫度,從而達到較高的固化程度。 (固化劑的量過少有可能造成永久的欠固化)
  2. 環(huán)境溫度較高條件下可適當減少促進劑的加入 量,以得到足夠長的凝膠時間和較完全的固化程度。
  3.一般促進劑與固化劑(過氧化物)的摩爾比必須小于1,(這種情況只有在選擇鈷鹽作為促 進劑的情況下才能計算出),否則促進劑與初級游離基的逆反速度會大于初級游離基引發(fā)單體的速度,結果使轉化率下降。因此過多地使用促進劑并不能達到加速固 化的效果,反而會使產品性能下降。
  4.對于低反應活性的不飽和聚酯樹脂的固化宜選用低活性的固化系統(tǒng)。
  5.低溫或高濕度的不 利的固化條件下,可采用復合固化系統(tǒng):
  過氧化甲乙酮1%-3%
  N,N-二甲基苯胺0.5%-2.0%
  過氧化苯甲酰2%
   總結固化的原則為:足夠的固化劑的加入量和適當?shù)拇龠M劑的加入量。
  6.3  施工環(huán)境對樹脂固化的影響
  施
工環(huán)境對樹脂的固化 影響很大,施工時環(huán)境溫度越高,膠凝和固化時間越短。有時施工溫度升高10℃,可使凝膠時間縮短將近1/2。如果施工環(huán)境溫度過低,易造成永久的欠固化。因為樹脂在低溫下雖然能夠膠凝,但膠凝后形成的大分子卻不能移動,由于沒有足夠的放熱峰溫度引發(fā)固化劑不斷釋放自由基,使得連鎖交聯(lián)反應不易進行,最終導 致永久的欠固化。
  一般要求施工溫度不低于15℃,相對濕度不大于80%。
  一般為了使樹脂充分固化,固化成型后最好進行高溫固化處理。
  后固化處理方法:可于40℃下2小時,60℃下2小時,80℃下4小時進行處理,(如果有條件可于100-120℃處理2小時效 果更佳)然后常溫養(yǎng)護24小時后再投入使用。如施工單位無熱處理條件,可在施工后常溫養(yǎng)護1個月(環(huán)境溫度低時還要適當延長養(yǎng)護時間),使其充分固化,再 投入使用。這一點對于耐腐蝕用途的樹脂固化尤為重要。

  6.4、制品結構對樹脂固化程度的影響
  
一定量的UPR混合物固化時所放出 的熱量是固定的,它取決于其組分的化學成份。但是放熱的速度及由此而引起的溫度上升速度和體系所能達到的最高放熱峰溫度則取決于UPR混合物的形狀與尺 寸、周圍的溫度、所加入的引發(fā)劑、促進劑及阻聚劑的成分與濃度諸多因素。在同樣成分下,大制件相對小制件熱損失少,溫升就較高。如果參與固化的UPR量太 大,有可能造成放熱失控,體系會因放熱、收縮而開裂,甚至分解冒黑煙,直至著火。因此施工時要注意以下幾點:
  樹脂制品體積越大,應適當減少 固化劑、促進劑的加入量。
  制品體積小,要適當增加固化劑、促進劑的加入量。
  對于大面積噴涂成型,可能因為交聯(lián)劑的揮發(fā)而導致 交聯(lián)劑不足,也要適當增加促進劑、固化劑的量,以縮短凝膠時間。

  6.5、填料等其它添加劑對樹脂固化程度的影響
  
如果樹脂中加入 其它物質如:橡膠、硫、銅與銅鹽、苯酚、酚醛樹脂、粉塵及碳黑等,即使是少量的,也可以抑制聚合反應,有時甚至會使樹脂完全不固化。
7.不飽和聚酯樹脂固化度的評價
  FRP產品在實際施工中,由于不同廠家不同批次的樹脂固化速度不 同,同時施工時受環(huán)境溫度、濕度等諸多因素的影響,制品達最佳固化程度的時間會有所不同。下面介紹幾種間接判斷FPR產品固化程度的常用方法。
   1、現(xiàn)場檢查
用手觸FRP產品表面無粘感;用干凈棉球蘸取丙酮放在制品表面觀察,棉花是否出現(xiàn)顏色;敲擊制品聽聲音,應清脆而不是模糊;用硬 幣劃不出傷痕。
  2、巴氏硬度法
巴氏硬度法是用Barcol硬度儀測試成型材料的硬度值。一般巴氏硬度達40~50,則達到較為理 想的固化程度,即可投入使用了。
  3、回彈法
回彈法是把小鋼球從一定高度落向被測固化樹脂表面,由于固化程度不同,樹脂的剛性是不 同的,所以回彈高度亦不同,回彈高度可表明固化程度。
  4、
測成型制品中的不可溶物含量,即用丙酮來萃取出樹脂中的可溶性成分,從而得到不可 溶物含量。此法也適用于環(huán)氧或酚醛FRP,是目前用得最多的方法。其原理是樹脂固化前是線型分子、易溶于有機溶劑,而固化后變成體型網狀結構、難溶于有機 溶劑的特點,采取有機溶劑萃取出已固化樹脂中的可溶組份,再根據(jù)玻璃鋼試樣在萃取前后的重量差進行計算,以此間接地說明固化程度。
  7.樹脂 的固化度對制品性能的影響
  經過理論和實踐測試表明:
  1、樹脂的固化度越高其彎曲強度及模量越大;
  2、樹脂的固 化度越高其制品的耐腐蝕性越好;
  3、樹脂的固化度越高制品耐熱性能越好;
  4、拉伸強度和斷裂延伸率的最大值出現(xiàn)在樹脂固化度 為90%左右。
8.結束語  UPR的固化是一個復雜的化學過程,受很多因素的影響,因此,無論是UPR生產廠家, 還是應用廠家都應掌握一些UPR基本的固化常識,才能在安全生產、提高生產效率的基礎上,針對自身產品的特點,有效地解決實際生產中出現(xiàn)的各種問題。相信 隨著應用廠家對樹脂的固化常識的不斷深入了解,他們生產的產品質量將會有質的飛躍。

不飽和樹脂冷固化體系中常用的促進劑類型

嚴格地講,促進劑可分為三類:
1. 對氫過氧化物如過氧化環(huán)己酮、過氧化甲乙酮等有效的,如環(huán)烷酸鈷、辛酸鈷等。國外常用的是前者。
2. 對過氧化物如過氧化二苯甲酰BPO有效的,如叔胺類:二甲基苯胺、二乙基苯胺等。
3. 對二者都有效的,如十二烷基硫醇等。
實際常用的是前兩者,后者意義不大。
市售的常用促進劑
1. 環(huán)烷酸鈷,一般為1%的苯乙烯溶液,稱為1#促進劑。常與1#固化劑過氧化環(huán)己酮配合使用。幾十年來,人們一直認為鈷鹽進劑固化性能好,在不飽和聚 酯樹脂室溫固化中廣泛采用。由于受鈷鹽色澤的影響,近年來人們普遍認識到:其凝膠固化效果和顏色已不能滿足需要。
2. N,N-二甲基苯胺,通常為10%的苯乙烯溶液,稱為2#促進劑。常與2#固化劑(過氧化二苯甲酰)配合使用。在樹脂中含有大量游離酚或聚酯分子鏈中 含有大分子支鏈的分子結構的場合,是很有效的固化系統(tǒng)。(如對于乙烯基酯樹脂固化、雙酚A類聚酯樹脂的固化、氯橋酸酐類聚酯樹脂等。)
3. 異辛酸鈷,常用在預促進型樹脂中,尤其是用較濃的異辛酸鈷預促進,能得到較好的催干效果。通常情況下異辛酸的促進效果要比環(huán)烷酸鈷好,這是因為環(huán)烷 酸是一個分子量不固定(分子量范圍180-350)的環(huán)烷烴的羧基衍生物,所以其鈷含量難于做得十分精確,并且由于它是石油精制時的副產物,通常顏色較 深,所以目前市場上異辛酸鈷有取代環(huán)烷酸鈷的趨勢。
4. 鈷——鉀——鈣——過渡金屬復配的復合促進劑,(常被稱為5#促進劑)用堿金屬鹽、堿土金屬鹽以及能變價的過渡金屬鹽類與鈷鹽配合使用,能達到單獨使 用鈷鹽做促進劑達不到的效果。這是最近幾年市場上最常見的一種促進劑類型,它們可分為以下三類:
(1)鈷——鉀復合促進劑,鉀鹽對鈷促進劑協(xié)同作用較大。其配合使用可作為FRP制品促進劑。鉀的含量不宜過高,鈷含量不宜過低。否則會影響FRP制品的強度。
(2)鈷——鉀——過渡金屬復合促 進劑,過渡金屬鹽對鉀鹽協(xié)同作用很大,但對鈷鹽沒有協(xié)同作用,甚至有延滯作用。過渡金屬鹽的加入能較大地縮短凝膠時間和固化時間,并能較大地降低UPR放 熱峰溫度,鈷——鉀——過渡金屬鹽的復合促進劑既可用于FRP制品,又可用于UPR澆鑄體制品。
(3)鈷——鉀——鈣——過渡金屬 復合促進劑,鈣鹽對鈷——鉀——過渡金屬鹽不能起到協(xié)同促進作用,只是起到增白的效果,使?jié)茶T體外觀顏色變淺或接近無色??捎糜赨PR的澆鑄工藝。
  需要說明的是,目前市售的促進劑多為復合促進劑,與傳統(tǒng)的單一鈷鹽類型的促進劑相比,具有低成本、低色號、固化迅速的特點。也就是說,目前,國產的促進劑 質量已有大幅度的提高,在固化速度、固化后對制品的色澤影響等很多方面都優(yōu)于進口材料。
  另外,2#促進劑(N,N-二甲基苯 胺)對鈷鹽也有很強的協(xié)效作用,常用于冬季低溫施工。
影響樹脂固化程度的因素
   不飽和聚酯樹脂的固化是線性大分子通過交聯(lián)劑的作用, 形成體型立體網絡過程,但是固化過程并不能消耗樹脂中全部活性雙鍵而達到100%的 固化度。也就是說樹脂的固化度很難達到完全。其原因在于固化反應的后期,體系粘度急劇增加而使分子擴散受到阻礙的緣故。一般只能根據(jù)材料性能趨于穩(wěn)定時, 便認為是固化完全了。樹脂的固化程度對玻璃鋼性能影響很大。固化程度越高,玻璃鋼制品的力學性能和物理、化學性能得到充分發(fā)揮。(有人做過實驗,對UPR樹脂固化后的不同階段進行物理性能測試,結果表明,其彎曲強度隨著時間的增長而不 斷增長,一直到一年后才趨于穩(wěn)定。而實際上,對于已經投入使用的玻璃鋼制品,一年以后,由于熱、光等老化以及介質的腐蝕等作用,機械性能又開始逐漸下降 了。)
影響固化度的因素有很多,樹脂本身的組分,引發(fā)劑、促進劑的量,固化溫度、后固化溫度和固化時間等都可以影響聚酯樹脂的固化度。
1. 樹脂類型的對固化程度的影響
  1. 線型不飽和聚酯分子鏈中雙鍵的含量(即雙鍵的密度)
    UPR的 反應活性通常是以其中所含不飽和二元酸的摩爾數(shù)占二元酸摩爾總數(shù)的百分比來衡量,所謂高反應活性,中反應活性,低反應活性一般是指:不飽和二元酸占70%以上者為高反應活性;60-30%者 為中反應活性;而不飽和二元酸占30%以下者為低反應活性。
不飽和聚酯分子鏈中不飽和雙鍵含量越高,樹脂的反應活性越高,達到完全固化的 時間越短。
  2.  線性不飽和聚酯分子中反式雙鍵和順式雙鍵兩種雙鍵的比例。反式雙鍵含量越高,固化程度越高。
  3. 樹脂中應有足夠的苯乙烯含量,過多或過少都會使樹脂固化不良。
  4.  樹脂中阻聚劑等其它添加劑的影響
   在保存未固化的液體UPR時,要加入阻聚劑,使UPR商品在貯存過 程中免于過早膠凝變質。引發(fā)劑和促進劑反應釋放出的游離基,最初是被阻聚劑消耗掉,阻聚劑變?yōu)榉€(wěn)定的大分子失去阻聚能力。因此,低反應活性的樹脂有可能因 為其中加入的阻聚劑量很少而顯得反應活性很高,而高反應活性的樹脂也可能因其中加入了較大量的阻聚劑變得不甚活潑。另外樹脂中的填料、色漿、低收縮添加劑 等也會影響樹脂的固化程度。
2. 固化劑、促進劑加入量對樹脂固化的影響
   為了提高施工進度,以及其后制品性能的穩(wěn)定性,我們總是希望我們總是希望樹脂 能盡快固化完全。對于一定反應活性的樹脂來說,固化劑、促進劑的加入量對樹脂的的固化速度及其后的固化程度有很大的影響。
通過理論和實踐,我們總結出如下的固化規(guī)律
1.  要有足夠的固化劑的加入量,以保證足夠的放熱峰溫度,從而達到較高的固化程度。  (固 化劑的量過少有可能造成永久的欠固化)
2.  環(huán)境溫度較高條件下可適當減少促進劑的加入量,以得到足夠長的凝膠時間和較完全的固化程度。
3.  一般促進劑與固化劑(過氧化物)的摩爾比必須小于1,(這種情況只有在選擇鈷 鹽作為促進劑的情況下才能計算出),否則促進劑與初級游離基的逆反速度會大于初級游離基引發(fā)單體的速度,結果使轉化率下降。因此過多地使用促進劑并不能達 到加速固化的效果,反而會使產品性能下降。
4.  對于低反應活性的不飽和聚酯樹脂的固化宜選用低活性的固化系統(tǒng)。
5.  低溫或高濕度的不利的固化條件下,可采用復合固化系統(tǒng):
過氧化甲乙酮1%
N,N-二甲基苯胺0.5%
過氧化苯甲酰2%
3. 施工環(huán)境對樹脂固化的影響
   施工環(huán)境對樹脂的固化影響很大,施工時環(huán)境溫度越高,膠凝和固化時間越短。有 時施工溫度升高10℃,可使凝膠時間縮短將近1/2。如果施工環(huán)境溫度過低,易造成永久的欠固化。因為樹脂在低溫下雖然能夠膠凝,但膠凝后形成的大分子卻 不能移動,由于沒有足夠的放熱峰溫度引發(fā)固化劑不斷釋放自由基,使得連鎖交聯(lián)反應不易進行,最終導致永久的欠固化。
一般要求施工溫度不低于15℃,相對濕度不大于80%。
一般為了使樹脂充分固化,固化成型后最好進行高溫后固化處理。
   后固化處理方法:可于40℃下2小時,60℃下2小 時,80℃下4小 時進行處理,(如果有條件可于100-120℃處理2小時效果更佳)然后常溫養(yǎng)護24小 時后再投入使用。如施工單位無熱處理條件,可在施工后常溫養(yǎng)護1個月(環(huán)境溫 度低時還要適當延長養(yǎng)護時間),使其充分固化,再投入使用。這一點對于耐腐蝕用途的樹脂固化尤為重要。
4、制品結構對樹脂固化程度的影響
   一定量的UPR混 合物固化時所放出的熱量是固定的,它取決于其組分的化學成份。但是放熱的速度及由此而引起的溫度上升速度和體系所能達到的最高放熱峰溫度則取決于UPR混合物的形狀與尺寸、周圍的溫度、所加入的引發(fā)劑、促進劑及阻聚劑的成分與濃度諸 多因素。在同樣成分下,大制件相對小制件熱損失少,溫升就較高。如果參與固化的UPR量 太大,有可能造成放熱失控,體系會因放熱、收縮而開裂,甚至分解冒黑煙,直至著火。因此施工時要注意以下幾點:
樹脂制品體積越大,應適當減少固化劑、促進劑的加入量。
制品體積小,要適當增加固化劑、促進劑的加入量。
   對于大面積噴涂成型,可能因為交聯(lián)劑的揮發(fā)而導致交聯(lián)劑不足,也要適當增加促進劑、固化劑的量,以縮短凝膠時間。
5、填料等其它添加劑對樹脂固化程度的影響
   如果樹脂中加入其它物質如:橡膠、 硫、銅與銅鹽、苯酚、酚醛樹脂、粉塵及碳黑等,即使是少量的,也可以抑制聚合反應,有時甚至 會使樹脂完全不固化。
不飽和聚酯樹脂的固化2
不飽和聚酯樹脂的固化--引發(fā)劑  
       具有粘 性的可流動的不飽和聚酯樹脂,在引發(fā)劑存在下發(fā)生自由基共聚合反應,而生成性能穩(wěn)定的體型結構的過程稱為不飽和聚酯的固化。
  發(fā)生在線型聚酯樹脂分子和交聯(lián)劑分子之間的自由基共聚合反應,其反應機理同前述自由基共聚反應的機理基本相同, 所不同的它是在具有多個雙鍵的聚酯大分子(即具有多個官能團)和交聯(lián)劑苯乙烯的雙鍵之間發(fā)生的共聚,其最終結果,必然形成體型結構。

  
固化的階段性
  不飽和聚酯樹脂的整個固化過程包括三個階段:

  
凝膠——從粘流態(tài)樹脂到失去流動性 生成半固體狀有彈性的凝膠;
   定型——從凝膠到具有一定硬度和固定形狀,可以從模具上將固化物取下而不發(fā)生變形;
   熟化——具有穩(wěn)定的化學、物理性能,達到較高的固化度。
   一切具有活性的線型低聚物的固化過程,都可分為三個階段,但由于反應的機理和條件不同,其三 個階段所表現(xiàn)的特點也不同。不飽和聚酯樹脂的固化是自由基共聚反應,
因此具有鏈鎖反應的性質,表現(xiàn)在三個階段上,其時間間隔具有較短的特點,一般凝膠到定 型有時數(shù)個小時就可完成,再加上不飽和聚酯在固化時系統(tǒng)內無多余的小分子逸出,結構較為緊密,因此不飽和聚酯樹脂和其他熱固性樹脂相比具有最佳的室溫接觸 成型的工藝性能。  引發(fā)劑  用于不飽和聚酯樹脂固化的引發(fā)劑與自由基 聚合用引發(fā)劑一樣,一般為有機過氧化合物。各類有機過氧化合物的特性,通常用活性氧含量,臨界溫度和半衰期等表示。  活性氧含量  活性氧含量又稱為有效氧含量。對于純粹的 過氧化物,活性氧含量是代表有機過氧化物純度的指標。實際上,由于純粹有機過氧化物貯存的不安定性,通常與惰性稀 釋劑如鄰苯二甲酸二丁酯等混合配制,以利于貯存和運輸?!?/span> 臨界溫度  過氧化物受熱分解形成自由基時所需的最低 溫度稱為臨界溫度。一般在臨界溫度以上才發(fā)生引發(fā)反應,這可從固化放熱效應反映出來。臨界溫度是不飽和聚酯樹脂固化時應用的工藝指標?!?/span> 半衰期  半衰期是指在給定溫度條件下,有機過氧化 物分解一半所需要的時間。實際應用上,可用下面兩種方法表示半衰期,一種是給定溫度下的時間,另一種是給定時間下的溫度,它們都是引發(fā)劑活性的標志。顯 然,有機過氧化物的半衰期愈短,其活性也就愈大。
  引發(fā)劑的種類雖然很多,但不飽和聚酯樹脂固 化最常用的主要是兩種,即國產
1 號引發(fā)劑 和2號引發(fā)劑?! ?號引發(fā)劑是50%過氧化環(huán)己酮糊。過氧化環(huán)己酮是幾種化合物的混合物, 外觀是白色粉沫或硬塊,易溶于苯乙烯中得到透明的溶液。由1:1的過氧化環(huán)己酮和鄰苯二甲酸二丁酯組成的 1號引發(fā)劑,呈糊狀,久 置后分層,上層為透明溶液,下層是白色沉淀物,使用時必須攪拌均勻成糊狀。
  過氧化甲乙酮具有與過氧化環(huán)己酮類似的特性,一般配成鄰苯二甲酸二甲酯的50%溶液使 用,該溶液無色透明,不含懸浮物,使用時不需要攪拌。
  2號引發(fā)劑是50%的過氧 化苯甲酰糊,用等量的鄰苯二甲酸二甲酯配制而成。不飽和聚酯樹脂中添加2%的過氧化 苯甲酰,在室溫可以保持穩(wěn)定在10天以上, 所以它是一種穩(wěn)定性很好的引發(fā)劑。主要有機過氧化物的特性見表五。

         5 主要有機過氧化物的物性

名稱

物態(tài)

有效成分%

臨界溫度°C

溫度
°
C

時間
h

活化能  kj/mol

活性氧 %

分子量

過氧化二苯甲酰

96-98

70

70
  72
  85
  100

13.0  
10
  2.1
  0.4

126.65

6.4

242

過氧化環(huán)己酮
(混合物)

95

98

55
  91
  100  
115

20  
10  
3.8
  1.0


12.0

(主成分)
228

過氧化甲乙酮(混合物)

60 (二甲酯)

80

85
  100  
105
  115

81
  16
  10   
3.6

119.13

11.0

(主成分)

176

  促進劑
   常用有機過氧化物引發(fā)劑的臨界溫度一般都在60°C 以上,這就說明單獨使用有機過氧化物作引發(fā)劑不能滿足不飽和聚酯樹脂室溫固化的要求。通過實踐發(fā)現(xiàn), 在還原劑(或氧化劑存在下)有機過氧化物的分解活化能顯著下降,大致為41.KJ/mol(10kcal/mol?。?,因此可使有機過氧化物的分解溫度降 到室溫以下。這種能促使引發(fā)劑降低引發(fā)溫度的還原劑(或氧化劑)常稱為促進劑,而引發(fā)劑-促進劑體系則常稱為引發(fā)系統(tǒng)。
  促進劑按效果可分為三類:一類對過氧化物有效,一類對氫過氧化物有效,一類對二者均有效。

  
對過氧化物有效的促進劑如:二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺以及其他含有可形成配價鍵電子對的化合物,如硫醇、硫醚、三價磷衍生物等。
  對氫過氧化物有效的促進劑大都是具有變價的金屬皂,如環(huán)烷酸鈷、釩、錳或亞油酸鈷等。
  對二者都有效的如十二烷基硫醇等。
  由此可見,絕大多數(shù)促進劑都具有還原劑的性質,所以引發(fā)劑-促進劑體系在化學上則稱為氧化-還原體系。其作用原理是促進過氧化物形成自由基,并構成反 應鏈。
  在氧化-還原體系中,若伴有單電子轉移過程,則產生自由基,若有兩個電子發(fā)生轉移,則常形成離子,不能生成自由基。
   這說明只有當還原或氧化劑分子中變價離子具有一價變價時才能用作促進劑。
   常用的引發(fā)劑系統(tǒng),即引發(fā)劑-促進劑體系有過氧化苯甲酰-叔胺體系和過氧化環(huán)己酮-環(huán)烷酸鈷體系。

     
過氧化苯甲酰-叔胺體系  
井本稔等人認為過氧化苯 甲酰和叔胺反應時,首先是胺與過氧化二 苯甲酰生成絡合物,然后胺中氮原子上的一個電子轉移給過氧化物形成離子對和苯甲酰氧基自由基。
  按上述 反應歷程,在二甲苯胺環(huán)上,在鄰、對位若有推電子取代基時,則可增加其與過氧化二苯甲酰的反應速度,反之,吸 電子取代基有相反的效應。此外,氮原子上烷基取代基增大,由于位阻效應可使反應活性降低。實驗證明,叔胺對過氧化二苯甲酰分解的促進作用按 如下次序排列:N,N- 二甲基對甲苯胺> 二甲基苯胺> 二乙基苯胺。
N,N-二甲基苯胺(2#紅水主要成分)

圖片

化學品中文名稱N,N-二甲基苯胺
化學品俗名或商品名二甲基氨苯,二甲基替苯胺
化學品英文名稱N,N –Dimethylaniline
分子式C8H11N
分子量121.18
密度:0.9557
折光率:1.5582
CAS No.121-69-7
CLASS:6.1
UN NO.:2253
性質淡黃色油狀,有特殊氣味液體,熔點2.5℃,沸點193℃,不溶于水,易 溶于醇、醚、苯和酸溶液。
本品劇毒,能使人呼吸短促而致死,車間內氣體最高容許濃度為5mg/m3。
指標產品質量指標(HG/T3396-2001)
外觀:淺黃至黃色液體
干品結晶點 %≥2.0 (一級品)1.8 (二級品)
N,N-二甲苯胺 %≥ 99.0 (一級品) 98.5(二級品)
N,N-甲基苯胺 %≤ 0.5 (一級品) 0.7(二級品)
苯胺 %≤ 0.03 (一級品) 0.05(二級品)
水分 %≤ 0.1 (一級品) 0.3(二級品)
溶 解 性不溶于水,溶于酸溶液、乙醇、乙醚、氯仿、四氯化碳、苯。
主要用途用作染料中間體,用于制香蘭素、偶氮染料、三苯基甲烷染料,也可作溶劑、穩(wěn)定劑、分析試劑等 。
應用:通常將含量為10% N,N-二甲基苯胺的苯乙烯溶液,稱為2#促進劑。常與2#固化劑(過氧化二苯甲酰)配合使用。在樹脂中含有大量游離酚或聚酯分子鏈中含有大分子支鏈的分子結構的場合,是很有效的固化系統(tǒng)。(如對于乙烯基酯樹脂固化、雙酚A類聚酯樹 脂的固化、氯橋酸酐類聚酯樹脂等。)

包裝小口鐵皮桶、鐵桶包裝。

過氧化二苯甲酰(2#白水主要成分)
過氧化二苯甲酰
Benzoyl peroxide
分子式(Formula):C14H10O4
分子量(Molecular Weight):242.22
CAS No.:94-36-0
質量指標(Specification)
含量(Purity):99%
包裝(Package):15公斤塑桶
產地(Orgin):上海
用作分析試劑、氧化劑、漂白劑及塑料聚合引發(fā)劑
性質(Characteristical)
    白色結晶.熔點103-106℃(分解),溶于苯、氯仿、乙醚、丙酮、苯、二硫化碳,微溶于水 和乙醇。性質極不穩(wěn)定,摩擦、撞擊、遇明光、高溫、硫及還原劑,均有引起爆炸的危險。儲存時應注入25-30%的水。
制備方法(Prepration):
      使雙氧水與30%液堿反應,生成過氧化鈉溶液,再與苯甲酰氯反應而得。反應在0℃左右進行,溫 度過高則引起雙氧水分解,苯甲酰氯也易水解生成苯甲酸而影響收率。將生成物析出的過氧化苯甲酰過濾、洗滌、干燥即得成品。工業(yè)品的過氧苯甲酰含量可達 99%(二級品),熔點102-106℃原料消耗定額:苯甲酰氯(95%以上)1000kg/t、雙氧水(30%)800kg/t。需要提純時,可用醇 類、丙酮、苯及其他合適的溶劑進行重結晶。
用途(Useage) 
       主要用作PVC、聚丙烯腈的聚合引發(fā)劑和不飽和聚酯、丙烯酸酯的交聯(lián)劑。在橡膠工業(yè)中用作硅橡 膠和氟橡膠的交聯(lián)劑。還可作為漂白劑、氧化劑,用于化工生產。
       通常將50%的過氧化苯甲酰糊與等量的鄰苯二甲酸二甲酯(或鄰苯二甲酸二丁酯)配制而成的混合物,稱為2#固化劑。
最后來點實際樹脂配方的指導:

圖片

圖片

    本站是提供個人知識管理的網絡存儲空間,所有內容均由用戶發(fā)布,不代表本站觀點。請注意甄別內容中的聯(lián)系方式、誘導購買等信息,謹防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權內容,請點擊一鍵舉報。
    轉藏 分享 獻花(0

    0條評論

    發(fā)表

    請遵守用戶 評論公約

    類似文章 更多