不饱和聚酯树脂固化和增稠特性的研究

摘要

本文用二价碱土金属氧化物、氢氧化物增稠不饱和聚酯树脂，并研究了增稠树脂的固化特性，旨在为模塑料的开发及其应用提供一些基础性的数据和研究方法。 首先，采用SPI法和差示扫描量热法（DSC）研究了引发剂、低收缩树脂（LPA）对凝胶时间、固化时间、放热峰温度的影响，并从动力学角度分析了固化反应特性。 结果表明：UPR固化体系选择TBPB为引发剂，用量1～2phr，确定了固化温度为120℃和后固化温度为180℃；LPA与固化树脂的相容性不好；固化反应动力学参数分别为：频率因子A=1.71*109，表观活化能E=74.3kJ·mol-1，反应级数n=0.916；等温固化时，当反应程度达到0.7左右，反应速率降低，固化反应由动力学控制转向扩散控制。 其次，研究了增稠剂种类、用量、环境温度、增稠时间、微量加水量、复配增稠剂等重要因素对不饱和聚酯树脂增稠特性的影响，选择合适的增稠剂；通过酸值、傅立叶红外光谱（FTIR）以及凝胶渗透色谱（GPC）测定，推断了不饱和聚酯树脂的增稠机理。 结果表明：树脂体系选择氧化镁为增稠剂，用量为2～4 phr；增稠温度为 40℃，微量水加速初期增稠，但抑制后期增稠；氢氧化钙在复配体系中能延缓初期增稠，而促进后期增稠；酸值测定和红外光谱说明不饱和聚酯分子的羧基参与增稠反应，生成的水使分子间产生氢键；GPC测定证实分子量的增长是导致不饱和聚酯树脂粘度变大的主要因素；不饱和聚酯树脂增稠机理是碱土金属氧化物、碱土氢氧化物和UPR的端羧基发生离子反应使不饱和聚酯分子链扩展、生成的水产生氢键、分子链相互缠结共同导致不饱和聚酯树脂糊的粘度增加。 最后，以DSC法研究氧化镁增稠不饱和聚酯树脂的固化特性，并推导固化体系工艺参数，并测定等温固化条件下树脂的固化特性；通过扫描电镜（SEM）分析了树脂在不同固化程度时的形貌特征；通过红外光谱（FTIR）分析以及可溶份含量测定，分析树脂的后处理工艺参数；测定玻纤增强不饱和聚酯树脂的力学性能。 结果表明：树脂粘度增加导致固化反应的特征温度移向高温，且放热量变小；固化体系工艺参数是：凝胶温度，固化温度以及后处理温度分别为115℃、118℃、181℃；等温固化时，随增稠剂含量增加，达到反应速率最大的时间和反应结束时间都延长，反应程度也趋于降低；等温固化温度越高，反应速率变化越大，树脂最终反应程度也越大；SEM分析说明：增稠反应导致树脂中聚酯分子聚集态微团的形成，并使微团内苯乙烯和聚酯分子在固化反应中活性降低；不饱和聚酯树脂固化后再经180℃后处理2h，反应基本达到完全；当玻纤含量达到25phr，增强材料的冲击强度达到最大16.67kJ/m2；在所用玻纤含量范围内，抗弯强度呈连续递增的，最高达到85.49MPa。