綜合性能優異的新型乙烯基酯樹脂―MFE-5乙烯基酯樹脂
乙烯基酯樹脂是國際公認的高度耐腐蝕樹脂,它以其卓越的耐化學品性能贏得了“超級耐腐蝕樹脂”的良好聲譽。目前,這類樹脂已在化學工業、石油化工、氯堿工業、紡織化纖、電子工業、鋼鐵工業等數十個重要的工業領域得到越來越廣泛的應用。
眾所周知,腐蝕介質對有機材料的侵蝕是一個復雜的物理、化學過程,并不局限于化學腐蝕。傳統的玻璃鋼制品,由于熱固性樹脂本身的脆性和較大的固化收縮率,往往會在應力和外力的作用下引發裂紋而造成介質滲漏,即產生所謂的“應力腐蝕”。因此,對于耐腐蝕玻璃鋼管道、容器,特別是涉及到加壓運作的情況時,迫切需要一種既耐化學腐蝕,又抗“應 力腐蝕”的高性能樹脂來作為FRP的樹脂基體。為了滿足市場的巨大需求,華東理工大學的資深教授、專家經過自主開發,研制出了新一代綜合性能優異的高分子材料――MFE-5乙烯基酯樹脂。
華昌公司MFE-5乙烯基酯樹脂分子結構式示意圖
注:式中R為環氧樹脂骨架;R’為異氰酸酯骨架
二.MFE-5樹脂的結構特點
MFE-5乙烯基酯樹脂保留了雙酚A型環氧樹脂的優良骨架,以“軟單體”丙烯酸代替了傳統的“硬單體”甲基丙烯酸作為樹脂的合成原料,同時用異氰酸酯基團進行改性。
MFE-5乙烯基酯樹脂在化學結構上具有鮮明的特點:酯基密度小且都處于可交聯雙鍵的鄰近,含有兩類韌性基團以及具有較高的分子量。分析上述的結構式我們可以看出:
?、?MFE-5樹脂固化時,環氧乙烯基酯分子結構中與酯基相鄰的可交聯雙鍵打開,與疏水的苯乙烯發生共聚交聯反應,形成三維交聯網絡。雖然在化學結構上缺少α-甲基對相鄰酯基的空間保護作用,但空間網絡大分子對酯基形成的空間保護作用才是MFE-5樹脂獲得極佳水解穩定性的主要原因。大量的實驗事實已證明了這一點。
?、?丙烯酸酯聚合后主鏈可自由旋轉,同時具有柔性的異氰酸酯基團,從而使分子主鏈的柔韌性得到大大增強。
?、?MFE-5乙烯基酯樹脂與國內外同類產品相比,其分子量是高的(>2000),一般的乙烯基酯樹脂分子量<2000。同種類的合成樹脂相比較,分子量高的樹脂具有更好的物理力學性能。
④ MFE-5樹脂較大的分子量是它具有良好氣干性的一個重要原因。傳統的樹脂在固化過程中表現出強厭氧性,其固化物的表面層(指暴露在空氣中的表面層)會因為固化不完全而導致發粘、遇水泛白等現象。固化不完全的表面層難以經受酸、堿、鹽等水溶液或有機溶劑的侵蝕。這就限制了這類樹脂在許多行業中的應用。經過我們的對比實驗,MFE-5樹脂的氣干 性能優于國內外同類產品。實驗表明:MFE-5樹脂常溫放置7天后,水浸泛白時間超過2個小時;將放置一年以上的MFE-5涂料片進行浸泡試驗,發現其泛白時間可超過24小時。這種隨著涂料片放置時間延長,其表面氣干性逐步變好的現象為環氧乙烯基酯樹脂所獨有。我們認為,這主要是因為MFE-5樹脂完成正常交聯固化過程后,在殘留有機過氧化物或陽光中紫外 線的影響下,高分子材料內部仍有能力進一步發生交聯反應,從而進一步改善其表面的抗滲透性。
三.MFE-5樹脂的各項性能
1.MFE-5樹脂的耐腐蝕性能
MFE-5樹脂具耐腐蝕性能突出,它可以有效防止酸、堿、有機溶劑等介質的腐蝕,其在常見化學品中的耐腐蝕性能見表1。
在此尤其值得一提的是,MFE-5乙烯基酯樹脂澆鑄體在80~100℃下浸泡于10%NaOH中歷時2個月,其外觀不變、透明度不變,僅輕微失重。說明該樹脂具有優良的耐堿性。
2.MFE-5樹脂的施工工藝性能
MFE-5樹脂的施工工藝性能優良,適用于手糊、拉擠、纏繞、噴射等多種成型工藝??梢杂脕碇谱鞲鞣N耐腐蝕玻璃鋼管道、設備、襯里及用于表面涂層,特別適合于制造耐腐蝕玻璃鋼制品的內層、防滲漏層以及不允許存在微裂紋的高強度玻璃鋼制品。
3.MFE-5樹脂的固化性能
MFE-5樹脂的固化體系與華昌聚合物有限公司MFE系列乙烯基酯樹脂的固化體系相同,即:通過促進劑的作用,用引發劑產生的游離基激活樹脂及交聯劑(苯乙烯)中的雙鍵,使樹脂加聚反應而固化。MFE-5樹脂可使用兩套固化體系:過氧化甲乙酮(引發劑) / 環烷酸鈷(促進劑)、過氧化環己酮糊(引發劑) / 異辛酸鈷(促進劑),其使用配比
固化體系的使用配比
MFE-5樹脂 100份
套體系 過氧化甲乙酮 2~3份
環烷酸鈷 1~4份
第二套體系 過氧化環己酮糊 2~4份
異辛酸鈷 1~4份
我們衡量樹脂的固化性能,通常要考察三項指標:凝膠時間、高放熱峰和固化收縮率。
① MFE-5樹脂的凝膠時間。常溫下MFE-5凝膠時間見表5。
表5 MFE-5樹脂的凝膠時間(25℃,引發系統為過氧化甲乙酮/環烷酸鈷)
實驗一 實驗二
過氧化甲乙酮加入量(%) 環烷酸鈷加入量(%) 凝膠時間 過氧化甲乙酮加入量(%) 環烷酸鈷加入量(%) 凝膠時間
2.5 0.5 24′15″ 0.5 2.0 >120′
2.5 1.0 20′52″ 1.0 2.0 30′03″
2.5 1.5 19′23″ 1.5 2.0 20′52″
2.5 2.0 18′00″ 2.0 2.0 20′17″
2.5 2.5 16′18″ 2.5 2.0 17′54″
2.5 3.0 16′42″ 3.0 2.0 17′58″
2.5 3.5 16′58″ 3.5 2.0 17′21″
注:過氧化甲乙酮活性氧含量10%,環烷酸鈷的鈷含量為0.8%。
如果采用上述引發系統不能獲得滿意的凝膠時間,可以添加異辛酸鉀或少量的二甲基苯胺(DMA)作為助促進劑。DMA一般稀釋10%后使用,10%DMA
溶液的常用添加量為0.5~2%。可見,MFE-5樹脂完全能夠滿足多種氣候條件下的現場施工要求。
?、?MFE-5樹脂固化過程中的高放熱峰
樹脂在固化過程中放熱溫度的高低對樹脂的終固化完全程度和樹脂澆鑄體的物理、力學性能有著密切的關系。一般而言,高的放熱溫度有利于樹脂固化,樹脂澆鑄體的熱變形溫度和力學性能可得到相應的提高。但過高的放熱溫度則是有害的,它可以引起樹脂體積收縮的增加和微裂紋的出現,導致樹脂澆鑄體力學性能的下降和介質的滲入,對于有微裂紋的制 品,意味著介質的滲漏,也就是耐腐蝕功能的失效。MFE-5樹脂中加入了特種緩聚劑,有效地降低了樹脂固化高放熱峰。添加不同量的緩聚劑可調節MFE-5樹脂的固化放熱峰為100℃左右,而同時對凝膠時間的延緩并不明顯。
?、?MFE-5樹脂的固化收縮率
樹脂的固化收縮率是樹脂固化性能中一個重要指標。因為樹脂固化過程中的體積收縮可帶給樹脂澆鑄體本身巨大的應力(引發界面粘合破壞),所以降低樹脂的固化收縮率成了近年來樹脂工作者的熱門研究課題。影響樹脂固化收縮率的因素很多。引發系統的改變,環境溫度的改變,共聚單體的改變和低收縮劑的加入都可以改變樹脂的固化收縮率。MFE-5樹脂的固化收縮率是非常低的。采用過氧化甲乙酮/環烷酸鈷引發系統固化,常溫下的固化線收縮率可控制在0.5%以內。如果引入適當量的低收縮添加劑更可使MFE-5樹脂的固化線收縮率接近于零。這在纖維樹脂增強材料、表面涂敷等應用領域具有重大的現實意義。
四.結束語
MFE-5樹脂從分子設計的高度,在根本上對樹脂的各項物、化性能進行了改性,從而使它具有傳統樹脂(如3200、3201樹脂)難以比擬的眾多優異性能:高韌性、低收縮、優秀的耐化學腐蝕性、優良的施工工藝性和固化性能、高觸變性、良好的氣干性等等。更可貴的是,MFE-5樹脂具有很高的性能價格比,市場價格頗具吸引力,能為廣大工礦企業所接受。
華東理工大學作為國內早研制和生產乙烯基酯樹脂的單位,始終走在新品研發的前沿。20世紀90年代,華昌公司生產的MFE乙烯基酯樹脂就被認定為新產品。新一代的MFE-5樹脂也已獲得新產品獎,并經過了多個重點項目的工程考驗,證明其綜合性能達到了國際同類品牌樹脂的先進水平?!翱萍紕撔率瞧髽I的靈魂”,這是華昌公司一直秉承的企 業經營理念?,F在,MFE-5樹脂的姐妹產品MFE-5(A)、MFE-5(D)等改型樹脂也已研制成功,投放了市場。華昌聚合物有限公司必將適應國際化的潮流,致力于新型防腐蝕材料的科研開發,不遺余力的推動防腐蝕事業的發展進步。
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