環(huán)氧丙烯酸酯樹脂和環(huán)氧乙烯基酯樹脂,都是環(huán)氧樹脂的衍生產(chǎn)品,作為環(huán)氧體系中功能獨(dú)特的一支,相互之間既有密切關(guān)系又有明顯區(qū)別。稱之為“同而有異”,弄清弄透其關(guān)系對(duì)更好地發(fā)展它們有重要意義。出現(xiàn)在20世紀(jì)30、40年代的不飽和聚酯與20世紀(jì)60年代初出現(xiàn)的乙烯基酯區(qū)別很大,乙烯基酯的聚合物不再是多元酸或酐與多元醇的產(chǎn)物,主鏈上不會(huì)存在重復(fù)的酯基,端基也不是羧基或羥基而是乙烯酯基。乙烯基酯(VinylEster)的定義是:一個(gè)聚酯的端基含乙烯酯基,端基中間的聚合物主鏈?zhǔn)黔h(huán)氧樹脂的母體。乙烯基酯的生成一般是由不飽和一元酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸等)與環(huán)氧樹脂反應(yīng),故又可稱之為不飽和環(huán)氧樹脂(Unsaturated Epoxy Resin)。
這類化合物從分子結(jié)構(gòu)的組成可以得知,它本身具有不飽和聚酯的某些特點(diǎn)但同時(shí)又嚴(yán)格區(qū)分于不飽和聚酯,這類材料因端基中乙烯酯基結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),使樹脂的活性點(diǎn)處在端基位置。乙烯基酯的命名意義在于:一是突出了高分子材料的概念,官能團(tuán)為端基的乙烯基酯,很多重要的反應(yīng)就發(fā)生在這里;二是全新的物質(zhì)體系,生成的乙烯基酯確與環(huán)氧樹脂性質(zhì)發(fā)生了根本變化;三是乙烯基酯大類的形成具有豐富的內(nèi)涵,包括了許多新的品種。“乙烯基酯樹脂”是在乙烯基酯中加入苯乙烯等交聯(lián)劑后,形成的一類重要新型樹脂材料體系,可見乙烯基酯樹脂是通過含烯鍵的不飽和單羧酸、環(huán)氧化合物等加成聚合制得的一種帶有不飽和端基的熱固型樹脂,其中的不飽和端基恰為乙烯酯基。
乙烯基酯樹脂的概念早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代末、60年代初,美國人鮑恩(Bowen)在牙科醫(yī)療中為了找尋一種質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高且能牢固粘結(jié)牙齒的樹脂,將丙烯酸與甲基丙烯酸縮水甘油酯分別和雙酚A反應(yīng),用所得的雙官能樹脂進(jìn)一步交聯(lián)成聚合物。直到現(xiàn)在齒科材料品種有了較大發(fā)展,紫外光固化技術(shù)等已有較多應(yīng)用,但乙烯基酯樹脂在牙齒治療中仍具有特別重要的意義。同期費(fèi)凱特(Fekete et a1)在研究電絕緣及耐腐蝕設(shè)備材料時(shí),用丙烯酸端基進(jìn)行均聚并和單體共聚,制得了乙烯基酯和聚酯的混合模塑料。
這一點(diǎn)對(duì)廣泛開拓乙烯基酯樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域意義重大,近年來乙烯基酯樹脂的重要應(yīng)用就是制作整體玻璃鋼耐腐蝕設(shè)備、設(shè)備耐腐蝕襯里以及工業(yè)建筑地面防護(hù)工程耐腐蝕涂料及鱗片樹脂等。比爾登(Bearden)在研究丙烯酸多烷基酯聚合物時(shí),將幾種乙烯基不飽和化合物與二環(huán)氧化物反應(yīng),得到二與四官能度的不飽和樹脂,這些樹脂可溶解于苯乙烯單體中并用金屬模具成型。他還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了將這些極活潑的樹脂穩(wěn)定的方法,可以裝桶運(yùn)輸而不致在桶中固化,以后在適當(dāng)催化下又能迅速并完全固化,這是比爾登對(duì)高分子材料工業(yè)的巨大貢獻(xiàn),這一穩(wěn)定系統(tǒng)是使樹脂走上工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用的關(guān)鍵。
隨即這種樹脂被推廣應(yīng)用于電氣絕緣、結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域,用該樹脂制做的絕緣板具有優(yōu)良的機(jī)械與電氣性能。1964年美國Shell化學(xué)公司開發(fā)了一種名為Epocryl的雙酚A型環(huán)氧乙烯基酯樹脂,早的商品應(yīng)用之一是用Epocryl樹脂E-11-5-SO制造德克薩斯州某化學(xué)公司的滌氣器煙囪。1966年陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical)經(jīng)過自己工廠發(fā)展項(xiàng)目的擴(kuò)大使用試驗(yàn)后將該樹脂引入美國市場,商標(biāo)名為Der-akane*環(huán)氧乙烯基酯樹脂,并先后開發(fā)了雙酚A環(huán)氧乙烯基酯樹脂(Derakane-411)和酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂(Derakane-470)。1965年日本昭和高分子株式會(huì)社利用引進(jìn)技術(shù)開發(fā)了名為Ripoxy的環(huán)氧丙烯酸樹脂。
國內(nèi)則由華東理工大學(xué)在20世紀(jì)70年代初,率先研制成功丙烯酸環(huán)氧酯樹脂(AE-1)、甲基丙烯酸環(huán)氧酯樹脂(ME-44、ME-51)、反丁烯二酸改性的乙烯基酯樹脂(MFE-2)、以酚醛環(huán)氧為基礎(chǔ)的甲基丙烯酸改性乙烯基酯樹脂(W2-1)。上世紀(jì)70年代末、80年代初,上海新華樹脂廠研制成功了丙烯酸改性的乙烯基酯樹脂(3200#)。由此可見環(huán)氧丙烯酸酯及環(huán)氧丙烯酸酯樹脂、丙烯酸環(huán)氧酯及丙烯酸環(huán)氧酯樹脂、乙烯基酯及乙烯基酯樹脂,甚至包括不飽和環(huán)氧樹脂,它們所表述的是化學(xué)組成相同或相似的同一類結(jié)構(gòu),只是對(duì)于相同的分子結(jié)構(gòu)采取的表述方法不同而已。這就是高分子聚合物不同于一般有機(jī)化合物的區(qū)別所在。高分子聚合物很難采用有機(jī)化學(xué)的命名原則將其詳細(xì)結(jié)構(gòu)表達(dá)完整,只能表述其中具代表性的一部分。
環(huán)氧丙烯酸酯樹脂、丙烯酸環(huán)氧酯樹脂,強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是組成分子結(jié)構(gòu)的兩大化學(xué)物質(zhì),即環(huán)氧樹脂與丙烯酸(甲基丙烯酸)等不飽和一元酸,運(yùn)用有機(jī)化學(xué)的基本觀點(diǎn)側(cè)重于對(duì)分子主鏈的表達(dá);而乙烯基酯樹脂,強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)在于對(duì)分子結(jié)構(gòu)中活性點(diǎn)一乙烯酯端基的表達(dá),運(yùn)用了高分子化學(xué)的觀點(diǎn),根據(jù)端基的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來定義其名稱,而不飽和環(huán)氧樹脂則表達(dá)了含有乙烯酯基部分的環(huán)氧樹脂這種特殊結(jié)構(gòu)。事實(shí)上環(huán)氧丙烯酸酯及其樹脂、丙烯酸環(huán)氧酯及其樹脂、乙烯基酯及其樹脂、不飽和環(huán)氧樹脂,無論采用哪種表述方法嚴(yán)格地講,它們都已經(jīng)不屬于環(huán)氧樹脂的范疇,放在環(huán)氧體系中是把乙烯基酯樹脂的內(nèi)容作為環(huán)氧樹脂應(yīng)用性的延伸。把這種分子結(jié)構(gòu)稱之為環(huán)氧丙烯酸類所要表達(dá)的基本意思是:分子中既有丙烯酸成分又有其他含丙烯酸結(jié)構(gòu)的取代物或同系物成分,這就是乙烯基酯樹脂典型的構(gòu)造。
現(xiàn)在對(duì)乙烯基酯樹脂的研究工作很多,其合成方法主要是通過不飽和一元酸與低分子聚合物分子鏈中的活性點(diǎn)進(jìn)行反應(yīng),引進(jìn)不飽和雙鍵,使分子兩端各具有一不飽和雙鍵。目前已經(jīng)工業(yè)化、應(yīng)用較普遍的常見乙烯基酯樹脂的骨架聚合物為環(huán)氧樹脂,包括雙酚A的二縮水甘油醚或其更復(fù)雜的同系物、四溴雙酚A的二縮水甘油醚、酚醛環(huán)氧樹脂以及二環(huán)氧化聚氧化丙烯等。常用的不飽和酸為甲基丙烯酸、丙烯酸,也有用苯基丙烯酸和丁烯酸的。由于可選用一系列不同的低分子聚合物作為骨架與一系列不同類型的不飽和酸進(jìn)行反應(yīng),因此可合成的乙烯基酯樹脂類型有許多,并且性能各異。
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