专利名称：一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法
技术领域：
本发明属于高分子材料和涂料领域，涉及一种对于未知双组份热固性树脂，通过红外光谱确定其最佳固化条件的新方法。
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，有关热固性树脂最佳固化条件的确定，对于进一步改进产品质量， 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研究，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。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，这缺乏对具体固化过 程的理解，属于间接确定固化条件。因此，如何根据固化过程自身的信息，来确定未知双组 份热固性树脂最佳的固化条件，在生产实践中尤为重要和迫切。
发明内容
本发明以聚氨酯树脂为例，提出一种确定未知双组份热固性树脂最佳固化条件的 新方法。主要通过三个步骤实现。具体手段为，利用红外光谱变温附件，通过监测特征官能 团透射率的变化，获得反映热固性树脂固化程度的转化率曲线。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�。庋涂梢愿�-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。如果每次的测量点都在同一位置，就无须寻找一个不参与反应的 官能团的特征峰作为参比峰，只需记录一 NCO的特征峰2272CHT1的变化即可。
转化率(反应程度)的计算公式如下R1 = [ (T2272 !-T 2272 0) /T 2272 J X 100式中，R1——固化过程的反应程度(％ )；T2272 ！——固化过程中的2272CHT1的透射率；T2272 ο——未固化过程中的2272cm—1的透射率。2)实验方案与步骤①确定A、B加入量——预估法 准确称取A、B组分，分别配成一定比例的混合物，充分搅拌均勻，涂抹于载玻片 上。室温条件下自然固化。静置一定时间后观察漆膜干燥状况，根据实际情况，初步选定干 燥状况较为理想的两组分的比例A/B。②固温过程固温过程是指在一定的温度(可选择不同温度)下，对一定比例的A/B进行固化， 具体过程为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“附件”内腔(含溴化钾窗片)温度升至设定温度；d.按照初选比例，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均勻；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。③变温过程变温过程是指在一定的升温速率(可选择不同升温速率)下，对一定比例的A/B 进行固化，具体过程为a.将放置样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“附件”中；b.将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；c.按照初选比例，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均勻；d.取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；e.调节温控装置，以一定的升温速率开始升温，将“附件”内腔(含溴化钾窗片) 温度从室温升至某一温度(由步骤②确定)，到达该温度后维持15-30分钟；f.升温开始后，同时开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；e.根据2272CHT1的透射率变化，计算并得到反映固化程度的转化率曲线。④确定固化条件对于一定比例的A/B，根据不同固温过程和不同变温过程的转化率曲线，综合判 断，获得该比例A/B样品的最佳固化条件。本发明优点在于1)方法系统完整，可操作性强。2)测试过程中不破坏样品，分析速度快，样品用量少。3)测试过程中，监测样品固化的区域不变，前后一致，不需要参比峰。
4)只需记录2272cm—1透射率的变化，使方法简化。5)可根据需要设定扫描间隔时间，实现实时监测。
图1固化温度为100°C时样品(A/B = 3:1)的红外光谱图说明在固定温度下固化，5分钟扫描一次，随着固化反应的进行，特征峰2272cm—1 的透射率逐渐增大，即吸收减�。倌芡藕考跣�。图2固化温度为100，110，120，130，140°C时样品(A/B = 3:1)的转化率曲线图 说明在不同固定温度下固化，5分钟扫描一次，随着固化反应的进行，特征峰2272cm—1的透 射率变化明显，经计算得到样品的转化率曲线图。由图可知120°C既能达到一定转化率，固 化过程也较平稳，此条件最佳。图3升温速率为1°C /min时样品(A/B = 3:1)的红外光谱图说明在变温条件下固化，即以1°C /min的升温速率开始升温，将“附件”内腔(含 溴化钾窗片及样品)温度从室温升至120°C，到达120°C之后维持15-30分钟；同时，5分钟 扫描一次，随着固化反应的进行，特征峰2272cm—1的透射率逐渐增大。图4升温速率为1，3，5°C /min时样品(A/B = 3:1)的转化率曲线图说明在不 同升温速率下固化，5分钟扫描一次，随着固化反应的进行，特征峰2272cm—1的透射率变化 明显，经计算得到样品的转化率曲线图。由图可知升温速率为3°C /min时样品既能达到一 定转化率，固化过程也较平稳，此条件最佳。
具体实施例方式实施例1 一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法是按照下列方法获得的①初步确定A、B加入量根据实际情况，初步选定干燥状况较为理想的两组分的比例A/B = 3 1。②固温过程，确定最佳固化温度将放置样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“附件”中，然后将“附件”整体置于红外 光谱样品室光路中；调节温控装置，将“附件”内腔温度升至设定温度；按照质量比A/B = 3 1，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均勻；取适量混合后树脂，涂抹于“附 件”中的溴化钾(KBr)窗片上；开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；根据2272CHT1的 透射率变化，计算并得到反映固化程度的转化率曲线。③变温过程，确定固化时最佳升温速率将放置样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“附件”中，将“附件”整体置于红外光谱 样品室光路中；按照质量比A/B = 3 1，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均 勻；取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；调节温控装置，以一定的 升温速率开始升温，将“附件”内腔(含溴化钾窗片)温度从室温升至某一温度(由步骤② 确定)，到达该温度后维持15-30分钟；升温开始后，同时开始红外光谱扫描，可设定扫描间 隔时间；根据2272cm—1的透射率变化，得到转化率曲线。④确定固化条件对于样品A/B = 3 1，根据②和③，选择既能达到一定转化率，固化过程也较平稳的条件，综合判断，获得该比例A/B样品的最佳固化条件。实施例2:设置聚氨酯样品的A、B组分质量比为2 1，其余同实施例1。实施例3:设置聚氨酯样品的A、B组分质量比为4 1，其余同实施例1。实施例4:设置聚氨酯样品的A、B组分质量比为5 1，其余同实施例1。实施例5:设置聚氨酯样品的A、B组分质量比为6 1，其余同实施例1。
实施例6 设置温度为100°C，其余同实施例1。实施例7 设置温度为110°C，其余同实施例1。实施例8 设置温度为130°C，其余同实施例1。实施例9 设置温度为140°C，其余同实施例1。实施例10 设置扫描间隔时间为4分钟，其余同实施例1。实施例11 设置扫描间隔时间为3分钟，其余同实施例1。
权利要求
一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法，其特征在于该方法可以是按照下列步骤获得的①初步选定两组分的比例A/B。②将溴化钾(KBr)窗片安装于“附件”中，然后将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；调节温控装置，将“附件”内腔升至设定温度；按照质量比A/B，准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均匀；取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾窗片上；开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；根据2272cm 1的透射率变化，计算并得到转化率曲线。③将溴化钾(KBr)窗片安装于“附件”中，将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；按照质量比A/B，用准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均匀；取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；调节温控装置，以一定的升温速率开始升温，将“附件”内腔从室温升至某一温度，到达该温度后维持15 30分钟；升温开始后，同时开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；根据2272cm 1的透射率变化，得到转化率曲线。④对于样品A/B，根据②和③，选择既能达到一定转化率，固化过程也较平稳的条件，综合判断，获得该比例A/B样品的最佳固化条件。
2.根据权利要求1所述的一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法，其特征在于所 适用的树脂体系为酚醛树脂、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。
3.根据权利要求1所述的一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法，其特征在于所 用装置为“红外光谱变温附件”和溴化钾(KBr)窗片。
4.根据权利要求1所述的一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法，其特征在于固 化温度可设定为 100，110，120，130，140°C。
5.根据权利要求1所述的一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法，其特征在于开 始红外光谱扫描的时间间隔可设定为2，3，4，5分钟/次。
6.根据权利要求1所述的一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法，其特征在于根 据2272cm—1的透射率变化，计算得到反映固化程度的转化率曲线，计算公式为Rl — [ (T2272 I-T2272 0) /T 2272 0] X 100式中，R1——固化过程的反应程度(％ )；T2272 J——固化过程中的2272CHT1的透射率；T2272 ο——未固化过程中的2272CHT1的透射率。
全文摘要
本发明涉及一种确定未知双组份热固性树脂最佳固化条件的新方法。以聚氨酯树脂为例，该方法主要通过初定比例、不同固定温度下固化、不同升温速率下固化三个步骤实现。具体手段为，利用红外光谱变温附件，通过监测特征官能团透射率的变化，获得反映热固性树脂固化程度的转化率曲线。最终，通过转化率曲线的综合比较，得到最佳固化条件。该方法系统完整，可操作性强，适用于其它类型的双组份热固性树脂，在生产实践中应用前景广阔。
文档编号G01N21/35GK101936892SQ20101023581
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者徐杰, 朱亦希, 薛岚, 郭斌, 银鹏 申请人:南京林业大学
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