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乙烯基树脂的制备
背景及概述[1][2]
乙烯基树脂又称环氧丙烯酸酯树脂,是环氧树脂和含烯键的不饱聚四氟乙烯蜡粉和一元酸(丙烯酸或甲基丙烯酸)的加成反应产物,具有不饱和聚酯和环氧树脂的双重特性,具有较低的粘度,能常温固化,施工方便,兼备环氧树脂优异的力学性能和不饱和聚酯良好的工艺性能,在船用复合材料领域得到了广泛应用。但乙烯基树脂阻燃性能较差,作为复合材料基体在船舱内应用存在一定的安全隐患。随着国家对船舶安全问题的重视,对舱室内复合材料的阻燃低烟性能也提出了更高的要求,因此如何提高乙烯基树脂的阻燃低烟性能成为研究的热点。
提高乙烯基树脂的阻燃性能,通常采用以下两种方法:
①选择含有卤素的反应物合成含卤的乙烯基树脂,如由溴化双酚A环氧树脂与甲基丙烯酸反应制备的阻燃型乙烯基树脂,因分子中含有溴元素,可赋予树脂一定的阻燃性,但这种材料在高温下发烟量大且释放的烟雾、气体中含有有毒成分,使人窒息,造成更多更大的灾害。②在乙烯基树脂中添加无机阻燃剂,如三氧化二锑、氢氧化铝等,无机阻燃剂的加入,可使材料的阻燃性得到较大程度的提高,但要以损失材料的力学性能为代价。
另外,中北大学龚兵等在2006年第4期《纤维复合材料》关于《阻燃性乙烯基树脂复合材料研究》中,用具有阻燃特性的交联剂代替苯乙烯制备乙烯基树脂复合材料,复合材料的氧指数达到30.6%,而以苯乙烯作交联剂的乙烯基树脂复合材料的氧指数仅为23%。
性质[1]
乙烯基树脂,英文名又称VinylEsterResins,是国际公认的高度耐蚀树脂。乙烯基聚酯树脂是一种溶于苯乙烯液含有不饱和双键的特殊结构的不饱和聚酯树脂,乙烯基聚酯树脂具有较好的耐蚀性能,优于间苯型不饱珠光颜料和树脂,力学性能与标准型环氧乙烯基树脂相当的,尤其是耐疲劳性能和动态载荷性能;另外,较通用树脂,乙烯基聚酯树脂又具有良好的耐候性能,同时VPR乙烯基聚酯树脂又具有良好的玻纤浸润性能和工艺性能,适合于各种FRP成型工艺,包括纤维缠绕、拉挤、手糊、喷射等各种复合材料工艺。
在乙烯基树脂生产工艺中,与环氧树脂转换时存在工艺隐患,乙烯基树脂生产中的游离酸会污染环氧树脂的生产,降低产品质量。乙烯基树脂是一类综合性能优异的热固性树脂,具有较好的力学性能和较优异的粘结性能,但普通乙烯基树脂耐热等级不高,无法满足目前许多应用场合的耐热要求,开发耐高温乙烯基树脂成为必要。酚醛环氧乙烯基树脂具有多个官能团,较普通乙烯基树脂有更高的耐热性能。应用于片状模塑料(SMC)和预浸料的乙烯基树脂都需要具有可增稠性能,但市售耐高温乙烯基树脂的增稠性能不够好,料片和薄膜无法完全脱离以及模压时树脂流动太大,引起模压制品外观不好,强度分散性较大。
制备[2]
(1)二甲苯稀释法,将酚醛环氧树脂投入反应釜,加入对苯二酚,升温到105℃开始滴加甲基丙烯酸和催化剂的混合液,1h内滴加完毕。保温反应3~5h,加入二甲苯溶液稀释,然后升温到110℃,加入顺丁烯二酸、耐高温阻聚剂和催化剂的混合物,反应约3h,体系酸值达32~40mgKOH/g(换算为纯树脂酸值)为反应终点。抽真空脱出二甲苯,并加配方量的对苯二酚、苯乙烯稀释,制得耐高温可增稠乙烯基树脂。
(2)苯乙烯稀释法,将酚醛环氧树脂投入反应釜,加入苯乙烯和耐高温阻聚剂,升温到105℃开始加入甲基丙烯酸和催化剂的混合液,平均分3次加完,每次加入时间间隔为40min,全部加完后反应3~5h,再加入顺丁烯二酸和催化剂,在110℃下保温反应大约3h,体系酸值为32~40mgKOH/g(换算为纯树脂酸值)为反应终点。降温至90℃,加对苯二酚、苯乙烯稀释,制得耐高温可增稠乙烯基树脂,冷却后包装。
主要参考资料
[1] 胡福增, 陈旭, & 周润培. (1992). 乙烯基树脂的增稠. 复合材料学报, 9(1), 31-36.
[2] 李孝兰[1], 段华军[1], 王钧[1], & 李飞[1]. (2012). 乙烯基树脂后固化制度的优化研究. 热固性树脂(5), 40-43.
[3] 王天堂, 沈伟, 陆士平, & 武兵. (2006). 增稠用乙烯基树脂性能的研究. 第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集.
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