無鈷固化技術正在興起
隨著鈷受到越來越多的環境壓力,阿克蘇諾貝爾公司開發了一系列非鈷不飽和聚酯樹脂促進劑――NouryactTM。阿克蘇諾貝爾功能化學品部的技術銷售經理Roel Zuijderdiun和NPSP復合材料有限公司創新總監Willem Bottge介紹了非鈷促進劑如何成功取代傳統鈷促進劑。
歐盟化學總署正在根據歐洲化學物質注冊、評估、授權和限制(REACH)法規,對羧酸鈷如辛酸鉆進行評估。羧酸鈷已于2012年8月被REACH鈷聯盟定為致癌、致突變、繁殖?毒性二類物質(CMR2),具有生殖毒性。還有可能被定為1B類致癌物質,從而被限制使用。一些無機鈷鹽,如硫酸鈷已經被歐盟CLP的對物質和混合物分類、標志和包裝規定定為1B類致癌物質、1B類生殖毒物和2類致突變性物質。
辛酸鈷主要在不飽和聚酯樹脂和乙烯基酯樹脂中,以有機過氧化物為固化劑,室溫固化時用作促進劑。通過形成自由基引發固化反應。
今天,由于鈷在聚酯樹脂行業已經廣泛使用,要想取代它,將面臨巨大挑戰。很多樹脂和應用領域已經慣于使用這種多功能金屬。
非鈷促進劑
由于已經預計到鉆面臨的環境壓力將持續增加,阿克蘇諾貝爾率先開發了系列非鉆促進劑。Nouryact是100%不含鈷的促進劑,獲得BluCureTM Seal使用許可(BluCureTM Seal是100%非鈷技術的擔保機構)。
這款非鈷促進劑是銅、鎂、鐵的化合物,可以取代傳統鉆類促進劑。他們使用方便,可以在室溫下與通用樹脂混合,可以滿足所有復合材料生產商、終端用戶和樹脂生產商的需求。樹脂生產商可以用Nouryact生產預促進樹脂。預促進樹脂中已經加入了促進劑,只要在固化時加入有機過氧化物。現在可以購買到的Nouryact促進劑見表1。

所有的Nouryact促進劑都在位于荷蘭Deventer的阿克蘇諾貝爾研發實驗室進行了5種常用樹脂和4種固化體系的充分測試。
用于測試的樹脂包括高活性的鄰苯樹脂、中等活性的鄰苯樹脂、間苯樹脂、環氧乙烯基酯樹脂和雙環戊二烯樹脂(DCPD)。固化體系用的是過氧化甲乙酮(阿克蘇諾貝爾Butanox M-50)、過氧化乙酰丙酮(阿克蘇諾貝爾Trigonox(R) 44B)、低H2O2/高type 3MEKP過氧化氫(Butanox LPT)和過氧化氫異丙苯(Trigonox K-90)。
Nouryact促進劑根據塑料協會標準(SPI)ASTM D7029和ISO84規范進行測試(50%石英砂作為填料),復合材料板的厚度為4mm,玻璃纖維含量30%,室溫固化后,再80℃后固化。
通過測試層板的巴士硬度監控固化性能。

表2是Nouryact CF12和Nouryact CF13在以阿克蘇諾貝爾Butanox M-50(中等活性)固化中等反應活性鄰苯聚酯樹脂中的測試結果。結果表明,非鈷促進劑的活性很高,巴士硬度增加很快,放熱峰溫度可以接受??梢杂糜诳焖俪尚秃托枰焖倜撃5纳a??梢酝ㄟ^添加阻聚劑如對叔丁基鄰苯二酚(TBC)和二丁基羥基甲苯(BHT)調節膠凝時間。
測試結果還表明:使用Notlryact促進劑可以縮短生產周期(具體依據促進劑種類而異),降低苯乙烯殘留。在使用非鈷類促進劑,配合過氧化甲乙酮,室溫固化環氧乙烯基酯樹脂時不會產生有毒氣體。
NPSP采用Nouryact CF12促進劑
在辛酸鈷被定為CMR2類之前,有幾家公司就已經換用Nouryact非鈷類促進劑了。其中之一就是荷蘭的NPSP復合材料公司,采用的是銅促進劑。他們在室溫RTM工藝中試用該產品。試用結果顯示,非鈷類促進劑可以直接取代鈷類促進劑,生產工藝靈活,產品性能不變。
NPSP用Nouryact CF12生產復合材料Pastoe Low Chair03椅子。這種椅子屬于NPSP的Nabasco品牌(天然復合材料),承諾生產方法必須環境友好,生產技術經濟可行。而且,該椅子正在等待“搖籃到搖籃”認證。
部件的厚度為4mm~8mm,增強材料可以是亞麻和麻類。樹脂采用的是雙環戊二烯樹脂,用0.3%對叔丁基鄰苯二酚(阿克蘇諾貝爾阻聚劑NLC-10,10%溶液)調節膠凝時間為60分鐘。固化劑Butanox M-50用量為1.5%,室溫固化(20―23)。
通過使用Nouryact CF12,NPSP發現椅子的機械性能不變,表面性能更好。
NPSP發現Nouryact CF12在調整膠凝時間、保證制品機械性能和外觀性能方面與傳統鉆類促進劑可以媲美。而且,Nouryact CF12為NPSP生產環境友好、生物質復合材料提供了空間。

表3為NPSP以Nouryact CF12為促進劑生產的玻璃纖維和天然纖維增強復合材料機械性能對比。
Nouryact CF12還被證明,可以在室溫RTM工藝中取代標準鈷類促進劑。
NPSP創新總監Willem Bottger說,“阿克蘇諾貝爾的非鈷類促進劑符合我們可持續發展的戰略。我們正在尋找解決當今面臨的環境問題的有力解決辦法。Nouryact完全可以取代傳統鈷類促進劑,而不會影響制品的機械性能?!?BR> 改進固化工藝
NPSP的經驗表明,非鈷類促進劑完全可以成功取代鈷類促進劑。事實上,幾乎可以實現一比一取代,終制品的成本增加非常少。
Nouryact促進劑同時具有工藝靈活和活性高的特點,在保證機械性能的前提下,還可以縮短生產周期。并可以改善固化工藝。包括縮短膠凝時間和固化時間,快速增加巴士硬度,并有利于降低苯乙烯殘余量。










































