乙烯基玻璃鱗片膠泥固化劑:
如我們之前講解過得,自由基固化機理”中闡述的一樣,應用于乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥的常用引發劑是含有—O—O—鍵的過氧化物。引發劑和固化劑是同一概念。乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂一樣,固化遵循自由基固化機理。
固化劑的種類;
過氧化物固化劑的幾個重要指標是:活性氧含量、臨界熱分解溫度、半衰期、活化能?;钚匝鹾看砉袒瘎┏跏家l速度(活性氧不僅來自于MEKP,也來自于雙氧水,如果加入過多雙氧水的話,也會有效提高活性氧水平,但固化劑中類似MEKP單體、二聚體被稀釋了,固化效果反而下降);臨界熱分解溫度代表過氧化物受熱分解成自由基時所需的低溫度,一般不低于60℃,否則室溫下就非常不穩定;半衰期指的是在一定的溫度下,過氧化物分解到一半所需的時間,用來評價其活性大小;活化能可用來評價固化劑的穩定性,值越大,固化劑越穩定,越不易分解。
氫過氧化物中,CHP是酚醛型乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥采用較多的固化劑,減少氣泡的同時,可有效降低酚醛型乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥固化的放熱峰溫度,減小其相對收縮率,提高制品的韌性和綜合力學性能。二烷基過氧化物中,以DCP在乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥中高溫固化時使用居多,其他應用不常見。二?;^氧化物,以BPO做乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥的常溫和中溫固化劑居多。過氧化酯,以TBPB、TBPO應用居多,是較常用的高溫固化劑。酮過氧化物,以MEKP、CHPO、AAP應用居多,是常用的乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥常溫過氧化物固化劑。不同的過氧化物固化劑相互配合,有些會起到協同效應。
乙烯基玻璃鱗片膠泥特性:
1、能在苛刻條件下使用,并具有長效防腐壽命,重防腐涂料在化工大氣和海洋環境里,一般可使用10年或15年以上,即使在酸、堿、鹽和溶劑介質里,并在一定溫度條件下,也能使用5年以上。
2、厚膜化是重防腐涂料的重要標志。一般防腐涂料的涂層干膜厚度為100μm或150μm左右,而重防腐涂料干膜厚度則在200μm或300μm以上,還有500μm~1000μm,涂層具有的耐候性,抗老化、抗輻射、耐磨、耐沖擊、耐高溫(400℃~600℃)、低溫(-60℃),導電性穩定;其電阻率可滿足防靜電要求,又能保證涂層的長壽命。
3、附著力強:涂層與基體結合力強,涂料組成物中含有羥基(-OH),金屬基體提供正離子,能形成化學鍵結合,在涂料中的偶聯劑幫助下,甚至實現共價鏈的結合。在空間網狀結構維系下,涂料組合物中含有的金屬、金屬氧化物納米材料和稀土氧化物超微粉體,幫助涂層形成一個致密的界面過渡層,使其綜合熱力學性質與基體相匹配。
4、方便:施工簡便,真正實現無機涂料的常溫自固化,當環境溫度20℃,相對濕度小于85%時,表干15min,實干2h,可保證率施工,可實現優異的抗鹽霧,耐老化。涂層具有自我修補性,外力造成的局部劃痕仍可受到保護,涂層不受切割及焊接損傷,帶涂層焊接不影響焊接質量。
過氧化甲乙酮:
MEKP,即Methyl Ethyl Ketone Peroxide的英文縮寫,中文名稱:過氧化甲乙酮。
很多人誤認為,只要是MEKP,其固化效果都是一樣的,但是實際經驗告訴我們,同樣是MEKP,不同廠家、不同系列的MEKP固化效果都不一樣。實際上這是因為過MEKP固化劑溶液并不純粹是單組分MEKP,而是多組分的,并且各組分間存在協同效應。
MEKP溶液的活性成分有三種:①過氧化氫,僅僅影響樹脂的凝膠的過程;②MEKP單體形式,較小程度得影響凝膠過程,但較大程度得影響初期固化速度;③MEKP的二聚物形式,相對更小程度影響凝膠過程,但很大程度影響整個固化和后期固化過程。
在實際使用時會發現,預促進后的乙烯基酯樹脂加入過氧化甲乙酮后有許多泡沫產生,這就是過氧化甲乙酮中過量的過氧化氫大量分解的結果。而一些雙氧水(過氧化氫)含量低的MEKP固化劑,其使樹脂產生氣泡的概率會大大降低,
當其分解自由基速度比被乙烯基酯樹脂雙鍵吸收速度快時,大量過量自由基會互相結合而失去活性,進而導致樹脂因自由基不足而固化不*的嚴重后果。這就是過氧化甲乙酮加得太多,樹脂反而不固化的本質原因。
將這三個組分按不同比例混合,就可以改變乙烯基酯樹脂的常溫凝膠和固化性能。但是其局限因素是,按照法律,過氧化物生產商對于MEKP活性成分的大含量必須控制在所允許的配方范圍內。而其非活性的成分,如稀釋劑[含有鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)和戊二醇雙異丁酸酯(TXIB)]、水、甲乙酮、乙二醇等,這些非活性成分會影響到MEKP固化劑的性能,如溶解性、密度、穩定性、可過濾物質或微量殘留物,因此非活性成分也需要得到一體化的控制。這里需要指出的是,DMP作為稀釋劑被MEKP生產商廣泛使用,而DMP是典型的塑化劑,對人體有潛在危害,在歐美已被列入受控之列,很多固化劑的制造商已開始使用其他溶劑來替代DMP,如苯甲酸苯甲酯,但苯甲酸苯甲酯有一定氣味。
MEKP作為一個三組份體系,具有以下優點:①靈活性,根據不同的性能參數要求,可以有許多不同的選擇;②寬泛性,在限制范圍內,適量使用或過量使用都可以獲得可接受的產物,盡管其性能可能不是*;③既可以應用在膠衣也可以應用在樹脂中;④對于后的成品很少造成變色的問題。
當然,標準MEKP的劣勢也是*的:①危險級別III,參照國家消防局標準432(該級別是按照有機過氧化物危險性而設,從蕞高I級至蕞低的V級);②毒性,被列為中等健康危害,要求有防護設備;③要求立即清除泄漏物,以防止著火或爆炸情況發生。
過氧化乙酰丙酮:
中文名為過氧化乙酰丙酮,它是另一種過氧化酮,適合于閉模工藝,是一種均衡的混合過氧化物,其組成大致如下:①40%活性組分過氧化氫、乙酰丙酮、過氧化乙酰丙酮的混合物;②9%~11%水(含水量高是AAP低可燃性的主要原因);③約50%稀釋劑。
AAP和MEKP的主要區別在于活性成分:①過氧化氫含量很少,所以AAP比大多數MEKP的凝膠時間要長;②乙酰丙酮加速劑;③過氧化乙酰丙酮對大多數樹脂有著極快的固化速度。
由于AAP與MEKP的配方的有效活性成分不同,且只有一個活性單體,因此需要很地計算AAP的用量。當然AAP也可以與標準MEKP混合使用,如果使用到各種樹脂中的量準確,根據快速凝膠到高放熱峰點的時間間隔的不同就可以大致推算出該固化劑的混合比例。
AAP的優勢:①從凝膠到固化的時間間隔短,即凝膠之后的“后程固化”速度快;②可以與MEKP有相同的固化時間,也可以比MEKP慢;③符合NFPA防火協會標準,危險級別V類,即沒有黃色標簽,儲存方便。
AAP的劣勢:①在一些樹脂中會產生黃變;②缺乏靈活性,每次使用必須測量;③市面上的AAP批次間的質量穩定性不夠;④不能適用于膠衣,因為其水的含量很高,會導致多孔性,也會改變固化的顏色。
MEKP和AAP在單獨使用時都具有積極特性的一面,近幾年來,開始流行將MEKP和AAP混合使用。通過混合這兩種產品,用戶可以獲得一個新的固化劑體系,該體系可以將每種過氧化物的蕞大優勢結合起來,同時也可以將兩者的劣勢降低到小。對于樹脂傳送模塑工藝(RTM)、真空灌注工藝或其他對于凝膠和固化時間需要更好控制的閉模工藝,該體系特別適用。另一個主要應用是在固化薄層制品過程中,它可以兼顧較長的作業操作時間和較快的“后程固化”速度。
大量實踐和實驗數據研究證明,MEKP/AAP雙重催化劑體系的優勢在于:①通過優化固化時間及凝膠至固化的時間,可以提高生產效率;②更好地提高固化度,能使產品質量更高;③在加工過程中能夠更加地控制放熱曲線峰值點;④與樹脂混合體系有很好的相容性。
當然,MEKP/AAP雙重催化劑體系也存在劣勢:①如果對產品層有顏色要求的話,可能產生黃變問題;②在使用前必須預混合,MEKP/AAP的混合物可以儲存幾個星期,但是長時間儲存會導致過度老化和出現不穩定的現象。
過氧化甲乙酮/過氧化環己酮混合物:
過氧化甲乙酮/過氧化環己酮混合物可以用作在低溫操作下樹脂的凝膠和固化引發劑。在較低的室溫下,該混合物相對于標準MEKP而言,其凝膠和固化的性能更好。
相對于標準MEKP而言,過氧化甲乙酮/過氧化環己酮混合物的優勢:①應用在大多數樹脂中,可以縮短凝膠至固化的時間,同時相對于標準MEKP而言,可以保持相似的凝膠時間;②固化體系混合簡單,固化均一;③不存在雜質,具有很好的儲存穩定性;④應用于膠衣有很好的性能,提高薄層固化程度;⑤可以代替標準MEKP在冬季使用。
相對于標準MEKP而言,過氧化甲乙酮/過氧化環己酮混合物的劣勢:①成本略高,盡管可以通過提高工作效率來抵消;②混合比例配方數不多;③在國內還沒廣泛應用,度不高,但在歐洲、北美應用很廣泛。
過氧化氫異丙苯:
CHP(Cumene Hydroperoxide),過氧化氫異丙苯,是室溫及升溫條件下的緩釋良方,特別適用于室溫和升溫條件下樹脂體系的固化引發劑。其典型的放熱反應較弱,放熱曲線較平緩,但固化反應終仍會非常*,該性能可以大限度減少由于固化劇烈而引起的細裂紋,特別是在產品較厚的交聯部分。CHP一般用于引入鈷或者鈷錳化合物的預促進樹脂體系。
相對于MEKP而言,CHP優勢:①減少固化劑混入后產生的氣泡;②在厚的交聯部分有較低的放熱曲線,不會產生裂紋;③固化更慢,但更容易控制,總固化時間可能要長達24h;④沒有諸如扭變、蠕變以及熱畸變等固化問題;⑤在升溫應用中有同樣好的性能;⑥可以應用在傳統的低溫產品中。
相對于MEKP而言,CHP劣勢:①在室溫下可能需要更長的凝膠時間;②相對更長的固化時間,制品達到一定強度的時間拉長,模具占用時間增加;③在低溫環境下,活化所需時間較長。
解決CHP對凝膠固化的延緩影響,可使用共促進劑與CHP配合使用,這樣能有效縮短凝膠時間,同時共促進劑替代了傳統的過氧化氫來產生自由基,不會因過氧化氫的存在而將氣泡帶入系統。但這項技術不是每個固化劑供應商都能很好地掌握的。目前這一點平衡較好的是Butanox K90(Akzo Nobel商品)。
過氧化氫異丙苯/過氧化甲乙酮混合物:
CHP可以和MEKP混合使用,典型的MEKP/CHP混合物有Trigonox 249、OYCHEM?C238、OYCHEM?C249等。隨著越來越多要求有較低的放熱曲線頂點和很好的固化效果的閉模工藝的出現,MEKP/CHP混合物很快被用戶接受。傳統意義上來說,標準MEKP的稀釋液可用于延長工作時間,而MEKP/CHP混合物可以更有效。
MEKP/CHP 混合物的優勢:①減少固化劑混入后產生的氣泡,可以更好地控制凝膠時間、工作時間,不需要犧牲固化時間;②固化過程所需時間較短,因此可以減少或消除固化引起的不良問題;③在產品中可以降低放熱曲線,減少熱畸變和纖維印痕問題;④可以在標準用量下工作,即使是在更高的溫度下,也可以讓工作設備在正常條件下運行;⑤可以代替MEKP在夏季使用;⑥預混合儲藏非常簡便,不需要在車間預混合。
MEKP/CHP 混合物的劣勢:①同樣的凝膠時間需求下,使用量可能要略高一點,不過在夏天或在較高的室溫下可以彌補這一問題;②在國內還沒廣泛應用,度不高。
其他各具特色的互配固化劑:
(1)AAP/CHP混合物:該混合物主要的用途在于控制收縮??梢杂糜趯τ诔叽绶€定性要求較高的加工、RTM和其他領域。在高促進體系中也非常有效,且AAP的用量需要減少,CHP可以作為一種活性稀釋劑。
(2)MEKP/t-丁基過氧化氫混合物:盡管MEKP與t-丁基過氧化氫的混合物TBHP在國內市場屬于較新的產品,但是在歐洲已經被成功使用了很多年。因為含有CHP,該混合物具有較低的放熱曲線峰點,且不會較大程度地影響濕強度。相對于標準的MEKP,其他優勢在于:①具有類似的凝膠時間,但是有更長、更溫和的固化時間,從而有更美觀的產品外觀;②較低的放熱曲線峰點可以減少較厚的交聯部分的細裂紋;③可以代替MEKP在夏季使用。該混合物的劣勢在于:①混合比例配方數不多;②在中國還沒廣泛應用,度不高。
(3)CHP/TBPB/MEKP/特種溶劑的混合物:結合了CHP/MEKP混合物和高溫固化劑的優勢,對于要求固化程度高,且凝膠操作時間較長的乙烯基酯樹脂體系比較適用,配合鈷鹽使用幾乎沒有氣泡,適合于對氣泡控制要求較高的場合,如玻璃鱗片膠泥涂料。
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