研究了脂環(huán)族環(huán)氧樹脂CER-170的紫外光固化性能，利用紅外光譜對樹脂固化前后的結構進行了表征，考查了光固化時間對凝膠率的影響，并對在最佳固化條件下所得的固化產(chǎn)物進行了性能測試。結果表明，在光固化時間為6min時，凝膠率已達80.90%。在此條件下得到的膠膜沖擊強度為4.9N·m;柔韌性為2mm，硬度為3H，粘附力為3級。 關鍵詞：脂環(huán)族環(huán)氧樹脂;紫外光固化;陽離子聚合 紫外光固化技術是一種新型技術,完全符合“3E原則”，即Energy(節(jié)能)、Economy(經(jīng)濟)、Efficiency(高效率)。預計今后10年,全球的紫外光固化市場將以6%~7%的速度遞增。脂環(huán)族環(huán)氧樹脂由于具有良好的耐候性、力學性能、固化速率高等特性，在光固化領域有著極為廣闊的應用前景[1～4]。本文系統(tǒng)研究了脂環(huán)族環(huán)氧樹脂CER-170的紫外光固化性能。 1.實驗部分 1.1主要原材料 光引發(fā)劑550，北京英力科技有限公司;脂環(huán)族環(huán)氧樹脂CER-170，武漢森茂精細化工有限公司。 1.2樣品制備 固化膜采用自制的紫外固化裝置,將脂環(huán)族環(huán)氧樹脂與光引發(fā)劑按質(zhì)量比100∶3混合均勻，涂布于玻璃片上，厚度約1~2mm，以1000W高壓汞燈照射，固化成膜。 1.3結構表征和性能測試 1)紅外光譜 使用傅立葉紅外光譜儀(NicoletImpact420型，美國)對脂環(huán)族環(huán)氧樹脂固化前后進行紅外光譜測試。 2)凝膠率 采用膠膜的凝膠含量來衡量其固化速度。在脂環(huán)族環(huán)氧樹脂中加入一定量的光引發(fā)劑，配成液體涂于玻璃片上，在紫外光下固化。將膠膜剝下，稱質(zhì)量W0，然后用丙酮浸泡48h，濾去丙酮溶液，烘干至恒量，再稱質(zhì)量W1。 凝膠率Gel按式(1)計算: 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 3)吸水性 將玻璃板稱質(zhì)量(m)，將試樣涂于玻璃板上，經(jīng)紫外光固化后，再稱質(zhì)量(m1)。然后浸泡在蒸餾水中，24h后取出，擦去表面水分，稱質(zhì)量(m2)。按式(2)計算膠膜吸水性(W): 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 4)密度和體積變化率 液態(tài)樹脂密度測定方法是：在分析天平上稱得空瓶的質(zhì)量W0，然后取下瓶塞，灌滿被測液體，放入恒溫槽內(nèi)，當溫度達到平衡后蓋上瓶塞，多余液體從毛細管溢出，用濾紙擦去毛細管口外的液滴，從恒溫槽中取出并拭凈瓶外的液體，稱得加液體后的質(zhì)量W1。倒出瓶中液體，用蒸餾水洗滌數(shù)次后再予裝滿，同樣方法稱得加水后的質(zhì)量W2，ρ2為蒸餾水的密度。則液體的密度ρ1，可以按式(3)求得： 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 樹脂固化物密度測定方法是：稱得空瓶的質(zhì)量W0，瓶內(nèi)填裝固體(約占瓶體積的1/5至1/3左右)后的質(zhì)量W2，再在填裝固體瓶內(nèi)加滿水后稱質(zhì)W4，最后稱滿瓶水的質(zhì)量W3，則被測固體密度，可按式(4)計算： 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 5)膠膜的力學性能 固化膠膜硬度按照GB/T6739—2006測試;柔韌性按照GB/T1731—1993測試;粘附力按照GB/T9286—1998劃格法測試;沖擊強度按照GB/T1732—1993測試。 2結果與討論 2.1紅外光譜測試紫外光固化前后結構 圖1為CER-170的紅外光譜圖。其中，2930cm-1是—CH2—伸展峰,屬環(huán)己烷結構的特征峰;3450cm-1歸屬于羥基的特征峰;1100cm-1是C-O-C醚鍵的吸收峰;910cm-1是環(huán)氧基的特征振動吸收峰;從以上分析可知，CER-170中有環(huán)氧基，而且是飽和脂環(huán)結構。 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 圖2為CER-170紫外光固化后的紅外光譜圖，與固化前相比，910cm-1環(huán)氧基的特征振動吸收峰已經(jīng)消失說明樹脂已完全固化。 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 光引發(fā)劑用量的增加，會使引發(fā)劑光照分解后產(chǎn)生較多的強質(zhì)子酸，從而加快陽離子開環(huán)聚合的速度。但引發(fā)劑用量并非越多越好，因為當凝膠率達到一定程度后，由于交聯(lián)網(wǎng)絡的限制，使得陽離子活性和環(huán)氧基的運動受到限制，陽離子開環(huán)聚合很難進行。而且過量的光引發(fā)劑會造成固化物性能下降。因此，光引發(fā)劑550用量3%為宜。 圖3為凝膠率與光固化時間的關系曲線。隨著光照時間的增加，凝膠率逐漸增大，但當光照時間為6min后，此時凝膠率已達80.90%，說明已經(jīng)基本固化。 2.2凝膠率的影響因素 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 表1為光固化膠膜的性能。 2.3光固化膠膜的性能 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的紫外光固化性能 由表1可見，吸水性為9.34%，可見固化后樹脂里仍有親水的醇羥基;體積變化率較大可能是由于飽和環(huán)己烷苯環(huán)結構在固化后發(fā)生了膨脹;沖擊強度高，但是硬度和粘附力有待改善。 3結論 紅外光譜分析表明，CER-170是脂環(huán)族縮水甘油醚環(huán)氧樹脂，沒有不飽和鍵存在。光固化后的測試分析也說明了環(huán)氧基消失，固化基本完成，機理為陽離子聚合。紫外光照時間為6min時，凝膠率已達到80.90%，基本固化。而且產(chǎn)品硬度、柔韌性以及沖擊強度都非常好，但是粘附力卻有待改善。由于紫外光固化具有節(jié)能、無污染、高效、適用于熱敏基材、設備簡單等優(yōu)點，因此具有廣闊的市場前景。 |
