[发明专利]一种实时监测树脂固化过程的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料和涂料领域，涉及一种实时监测热固性树脂固化过程的新方法。

背景技术

热固性树脂指在加热、加压下或在固化剂、紫外光作用下，进行化学反应，交联固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂。热固性树脂的分子结构为体型，包括大部分的缩合树脂，热固性树脂的优点是耐热性高，受压不易变形；缺点是机械性能较差。

常用热固性树脂有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。热固性树脂主要用于制造增强塑料、泡沫塑料、各种电工用模塑料、浇铸制品等，还有相当数量用于胶粘剂和涂料。

在实际应用中，有关热固性树脂固化过程的监测、研究，以及对其内在机理的深入理解，对于进一步改进树脂产品质量，研制新品种，开发新的加工工艺，都具有重要的意义。目前，研究固化过程的方法有热分析法，动态扭振法，红外光谱法等。

红外光谱在化学领域中主要用于分子结构的基础研究，例如测定分子的键长、键角，进而推断其立体构型等、以及化学组成的分析即化合物的定性、定量，但其中应用最广泛地还是化合物结构的鉴定。红外光谱最突出的特点是具有高度的特征性，除光学异构体外，每种化合物都有自己的红外吸收光谱。所以可以根据化合物的红外吸收光谱的峰位、峰强以及峰形判断该化合物中是否存在某些官能团，并进而推断其结构。

聚氨酯树脂是典型的热固性树脂之一，可制成的产品有泡沫塑料、橡胶、涂料、粘合剂、纤维、合成皮革等品种。其中，聚氨酯涂料以其优异的综合性能被广泛地应用在各个领域中。实践中，经常根据漆膜固化后的性能来确定涂料的固化条件，这既复杂又不太科学，而且无法获得有关固化过程的信息，即无法实现对固化程度的实时监测。

发明内容

本发明以聚氨酯树脂为例，提出一种实时监测热固性树脂固化过程的新方法。主要利用红外光谱变温附件(德国Bruker)，通过监测特征官能团透射率的变化，直接获得反映热固性树脂固化程度的转化率曲线，实现了在一定温度下对聚氨酯树脂固化过程的实时监测。

为达到上述目的，本发明的原理及实验步骤是：

1)原理

每种化学官能团由于其分子振动在红外光谱中都有其特征吸收谱峰，根据其特征峰可以进行定性的和定量的分析。聚氨酯涂料的固化剂是多异氰酸酯，在固化过程中，活性基团异氰酸根-NCO和羟基-OH发生化学反应，生成氨酯键-NHCOO；随着固化程度的不断深入，-OH和-NCO基团不断消耗，当-NCO完全消失时，漆膜就完全固化。同时，固化过程中，活性基团-NCO的特征峰是2272cm^-1，这个区域受其他峰的干扰小，这样就可以根据-NCO的特征峰的透射率的变化，计算出漆膜的固化程度。

以江苏三木集团有限公司的热固性丙烯酸树脂(BS-965)作为A组分，异氰酸酯固化剂(740D)作为B组分。由于每次的测量点都在同一位置，因此无须寻找一个不参与反应的官能团的特征峰作为参比峰，只需记录-NCO的特征峰2272cm^-1的变化即可。

转化率(反应程度)的计算公式如下：

R_I＝[(T_2272 I-T _2272 0)/T _2272 0]×100

式中，R_I——固化过程的反应程度(％)；

T_2272 I——固化过程中的2272cm^-1的透射率；

T_2272 0——未固化过程中的2272cm^-1的透射率。

热固性丙烯酸树脂和异氰酸酯固化剂的固化反应式如下：

2)实验步骤

a.将放置样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“红外光谱变温附件”(以下简称“附件”)；

b.将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；

c.调节温控装置，将溴化钾(KBr)窗片温度升至设定温度；

d.按照设定比例，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均匀；

e.取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；

f.开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；

e.根据2272cm^-1的透射率变化，计算并得到反映固化程度的转化率曲线。

本发明优点在于：

1)测试过程中不破坏样品，分析速度快，样品用量少。