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胶粘剂领域:硫醇固化剂合成和应用

来源:中国幕墙网收集整理 作者:* 日期:2008-11-14   页面功能 【字体: 】【打印】【关闭】【评论

   硫醇是环氧树脂固化剂的最要品种,主要用于胶粘剂领域环氧树脂固化剂品种繁多,包括常温和加热固化剂2大类,能满足大部分场合使用要求。但在低温速固化领域,只有硫醇较适用,它在快速修补胶及冬季作业场合有很大优势,其他同化剂无法替代。由于硫醇同化剂的生产技术要求较高,国内尚无生产,一般为进口产品,如美国的3-800牌号应用较为普遍。为填补国内空白,广州川井电子材料有限公司采用制备多元硫醇酯并进而扩链的方法,制备出了硫醇固化剂,并在固化性能方面作了应用研究。

    一、实验部分


    1、主要原料


    β-巯基丙酸:工业品,德国Brunobock公司季戊四醇:工业品,瑞典柏斯托公司甲苯和对甲苯磺酸:化学纯,广东西陇化工厂;环氧树脂828(EEW:190),工业品,shell公司;1,8-二氮杂-双环十一烯-7(DBu):工业品,日本Appollo公司;苄基二甲胺及DMP-30:工业品,台湾长春树脂厂。


    2、固化剂的合成


    (1)反应原理


    β-巯基丙酸与季戊四醇反应如下:



β-巯基丙酸与季戊四醇反应


    此处的关键点在于控制A(SH)4用量,尽可能的使A(SH)4分子上有1个巯基与环氧基反应;专家强调:否则容易造成凝胶使扩链反应失败。


    a.在装有机械搅拌、温度计、回流冷凝管的2000mL三口烧瓶中,加入136g(1.0mol)季戊四醇,466g(4.4mol)β-巯基丙酸,300mL甲苯和1.90g对甲苯磺酸,回流反应5h自然冷却,用去离子水洗涤到中性,减压蒸馏得无色油状液体季戊四醇四巯基丙酸酯以A(SH)4表示),重427g,产率96.7%。


    b.取78gA(SH)4和22g环氧树脂828置于烧瓶中,加热到100℃反应4h冷却,得黏稠状无色透明液体六巯基环氧接枝化合物(以B表示)。产率约100%。


    c.分3次取B,每次5g,分别与0.25g的苄基二甲胺,DMP-30,DBU混配,并冷却到相应的温度;取等量的828树脂也冷却到同样的温度,二者快速混合测定凝胶时间。


 (2)硫醇基检测


    采用丙烯腈-亚硫酸钠-HCl测试硫醇基团的含量。


    (3)凝胶时间测试


    采用GB/T12007.7-1989的方法测试凝胶时间。


     从β-巯基丙酸和季戊四醇出发,经酯化和环氧扩链反应制备了硫醇固化剂,总产率可达95%以上。该硫醇固化剂的性能完全可以代替进口产品,某些性能如固化速度、黏度、树脂相容性还超过进口产品,有望在胶粘剂领域获得广泛应用。


    三、结果与讨论


    1、酯化反应


    β-巯基丙酸与季戊四醇反应,由于季戊四醇是固体,因此需加入惰性溶剂作为反应介质,而甲苯是常用的溶剂;另外在酯化过程中,理论上任何无机强酸都可作为催化剂,但无机酸不易溶于甲苯中,且酸性过强容易造成氧化致使产品颜色加深,因此选用了对甲苯磺酸作为催化剂。实验证明,岁甲苯磺酸可使产率提高同时颜色不加深,制得的季戊四醇四巯基丙酸酯是无色透明液体,巯基含量为:8.16mmol/g;理论含量:8.20mmol/g,证明产物纯度很高。


    2、扩链反应


    单纯从固化讲,A(SH)4再配以少量叔胺即可作为固化剂使用,但在实际应用中还有很多不便之处:一是分子小,气味大;二是黏度太小,作修补胶时容易流淌到不必要的部位;三是与树脂的比例不恰当(用量占E-5l的62%),与树脂混配前不易称量,使用不便。因此将A(SH)4与少量的环氧树脂反应,可以得到更为优异的固化剂,其优点是:分子质量扩大,气味减小,黏度适中,不过分流淌;通过调整,固化剂/环氧树脂可以达到1:1的比例,使用方便。另外,扩链还可以增加固化剂与环氧树脂的相容性,使二者更易混合;扩链还可以增加单体分子的巯基数目,使交联密度更大。


    在不加碱性催化剂的情况下,环氧基团与硫醇的开环反应需加热才能进行,其优点是反应均匀。如果加入了叔胺类催化剂,则短时间内快速反应,造成局部反应不均,放热太大,难以控制,因此本反应采用无催化剂的加热反应。最后制得的产物外观无色透明,无机械杂质,黏度(7000mPa?s)比树脂略小,气味很小。巯基含量:5.1mmol/g(0.51mol/100g),与环氧树脂E-51可等质量混合固化。


    3、固化效果


    以B为固化剂配制胶粘剂,各成分在混合前先冷却到相应的温度(0℃,5℃,10℃),然后在30s内迅速混合均匀,凝胶时间按文献测定。可见在同样温度下,固化速度Ⅲ>Ⅱ>I,证咀叔胺的催化活性大小为:DBU>DMP-30>苄基二甲胺,三者均可在低于5℃条件下固化。特别提出:DBU由于碱性较强(水溶液下pH=12),因此催化能力很高。事实上如果在室温(20~25℃)下,将配方Ⅲ快速混合时,混合尚未均匀已发生剧烈放热反应。因此在常温下无法使用,只能在0℃以下使用。

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