【摘 要】用二聚酸与有机多胺一步法合成低分子量、适宜粘度聚酰胺树脂，再添加功能助剂复配成非织布尼龙抛光轮专用固化剂。

【关键词】抛光轮   聚酰胺树脂   固化剂

1.前言

聚酰胺树脂固化剂是环氧脂固化剂中使用量最大的品种之一，除用于建筑、化工、机电等领域的普通聚酰胺外，针对不同用途而开发的专用料更是深受用户欢迎，非织布尼龙抛光轮专用固化剂即是其中一例。非织布尼龙抛光轮是我国九十年代才兴起的新型抛光材料，因其优异的抛光性能，目前正逐步取代传统抛光轮，在金属材料表面处理、陶瓷制品、光学仪器和机械加工等领域的精抛工序中得到了广泛的应用。所谓非织布尼龙抛光轮是指以尼龙非织布（尼龙无纺布）为骨架材料，金刚砂为磨料，环氧树脂为粘结剂，再添加适当的功能助剂；通过上胶、喷砂、预成型、冲压和后固化等工艺而制成的抛光材料。在非织布尼龙抛光轮加工成型过程中，不仅要求粘结剂低毒、施工性好，而且常温下能预固化并达到一定的强度，再于80℃-100℃后固化成型；非织布尼龙抛光轮一般用于精抛，要求所使用的粘结剂体系有合适的韧性、耐热和良好的粘结性能。抛光轮粘结剂的基础树脂一般采用低分子量的环氧树脂，如Epon828、YD-128、CYD-128等。固化剂是环氧树脂不可缺少的匹配组份。根据其特殊的性能要求，非织布尼龙抛光轮粘结剂一般采用专性较好的低分子量改性聚酰胺树脂作为固化剂。

2.试验部分

2.1实验原料及设备

抛光轮用聚酰胺树脂固化剂合成原料包括二聚酸（进口）、三乙烯四胺（化学纯）、芳胺A（化学纯）、助剂（自制）行装 。实验设备包括四口烧瓶（500ml-5000ml）及配套冷凝器、搅拌器、电热套、旋片式真空泵等。

2.2试验方法

2.2.1合成试验方法

先将原材料投入反应器中，在氮气保护下升温至140℃，在140℃-160℃进行脱水反应2-3小时，反应终点温度230-240℃，保温时间3小时，最后在20mmHg柱条件下抽真空，抽空时间为1小时，冷却至常温，加入助剂，出料，得到活性聚酰胺树脂产品。

2.2.2固化性能测试样条浇注实验

模具为自制，采用GB2571-81规定尺寸。样条浇注配比为CYD-128环氧树脂：固化剂=100：60，固化条件为60℃、24小时。

2.2.3性能测试方法

冲击强度，采用GB2571-81；

弯曲强度和弯曲模量，采用GB2570-81；

热变形温度，采用GB1634-79。

3.结果与讨论

3.1原材料二聚酸的影响

原材料对产品性能有一定影响，尤其是二聚酸影响更为明显。国内外二聚酸产品质量差异较大。国产原材料质量差主要表现为色泽深、二聚体含量低、一元酸和三聚体含量高杂质含量高。由此合成的聚酰胺树脂固化剂色泽差、固化环氧树脂制件性能差。原材料质量差异引起性能差异如表1所示：由表1可见，国产二聚酸合成的聚酰胺固化剂色泽较深，产品粘度太大，不利作为抛光轮用固化剂使用。其原因可能是国产二聚酸含量低，三聚体多，杂质含量高，结果粘度相对较大，色泽深。

表1 不同原料二聚酸 合成聚酰胺树脂性能差异*

实验编号 二聚酸 胺值，mgKOH/g 粘度（25℃），mPa.S 外 观

GA-04 P1017 343 66790 棕黄色

GA-05 P1027 337 64658 棕黄色

GA-06 ZD-99 307 105073 棕红色

GA-07 YZ01 296 127859 棕红色

*：上述合成工艺如小试合成方法介绍，原材料比例为二聚酸：胺是1：2.1（摩尔比）。

3.2反应温度的影响

从理论而言，发生酰胺化反应的温度为140-180℃，由多胺基酰胺成环为咪唑啉的温度为200-240℃。咪唑啉的粘度比酰胺低，胺值比酰胺高。作为影响聚酰胺树脂固化剂重要指标胺值、粘度的因素，反应温度作用不可小看。表2为不同反应温度条件下，产品性能变化。综合对比，我们选择反应温度为240℃。

表2 反应温度对反应的影响*

试验编号 反应温度（℃） 粘度（25℃，mPa.s） 胺值（mgKOH/g） 外 观

GA-18 180 134871 319 /

GA-19 200 117683 322 棕黄色透明

GA-20 220 76872 335 棕黄色透明

GA-21 240 65127 347 棕黄色透明

GA-22 260 49218 364 棕黄色透明

GA-23 290 – – 出现炭化

*：反应条件为使用二聚酸为P1027，酸胺摩尔比1：2.1，工艺如示例。

3.3反应时间的影响

聚酰胺固化剂合成反应时间短，则反应程度不够；反应时间长，则能耗大。控制合理的反应时间是必要的。表3为反应时间对反应的影响。从表3数据可以看出，反应时间短，产品粘度大。反应时间达8小时后，增加反应时间对产品影响较小。由表可见反应时间控制在8-12小时范围产品的综合物化性能指标较好。我们选择8小时作为反应控制时间。

3.4芳胺A添加量的影响

为了提高耐热性能，考虑加入适量芳胺。加入芳胺A的作用见表4。由表4可见，加入适量芳胺，有利于提高耐热性能，但加入量过大时，影响其它性能。芳胺A的加入量以胺摩尔用量10%左右为好。

表3 反应时间对反应的影响

试验编号 反应时间（h） 粘度（25℃，Pa.s） 胺值（mgKOH/g） 外 观

GA-031 4 168721 318 黄色浑浊

GA-032 6 12146 329 黄色透明

GA-033 8 84860 336 黄色透明

GA-034 10 67846 342 黄色透明

GA-035 12 58718 328 黄色透明

表4 芳胺A的作用

性能测试 试验编号 GA-09 GA-010 GA-011 GA-012 GA-013

投料量（胺当量%） 0 6 10 12 15

胺值（mgKOH/g） 367 356 350 352 349

粘度（25℃）mPa.S 38976 50732 44521 46792 43276

冲击强度，KJ/m2 10.2 10.3 9.9 9.2 8.1

弯曲强度，MPa 98 96 89 88 82

弯曲模量，MPa 3064 2121 2524 3064 2443

热变形温度（1.82MPa），℃ 82 86 92 96 98

3.5按料比对产品质量的影响

二聚酸与胺的投料比采取了胺过量的方法。如果过量太少，反应进行不完全，产品稳定性差、贮存期短。若过量太多，脱尽未反应的游离胺困难，游离胺含量高，直接影响产品质量。我们在反应温度240℃、反应时间8小时的试验条件下考察了投料比对产品质量的影响。结果见表5。从表5中数据看出，随着酸、胺投料比从1：1.5向1：2.3递增，游离胺增多，胺值上升，粘度下降。当酸、胺投料比偏低时，胺值低，粘度大，产品综合性能差。在1：2～1：2.1产品综合质量较好，综合考虑投料比1：2.1。

3.6助剂的作用和添加量的确定

抛光轮生产过程中，环氧树脂-聚酰胺体系要先在室温条件下硬化，然后在60-80℃后固化。该条件使得一般聚酰胺树脂难以达到使用要求，也不能完全固化以发挥聚酰胺树脂的最佳效果。因此必须对它加以改善，助剂加入是办法之一。我们自己合成固化促进剂。来改善环氧树脂-聚酰胺体系固化性能。加入促进剂可提高产品的耐热性和固化速度，可降低产品的粘度、改善产品的韧性。助剂的添加量根据抛光轮制造过程中预成型和定型工艺来确定。使用不同规格的磨料、不同的涂附上胶工艺以及不同的生产季节，助剂的添加量均有所不同。经过与厂家反复探索，促进剂的添加量一般在5%～15%，其中夏季添加量一般在5%～10%，冬季添加量一般在10%～15%。添加助剂复配后的复合固化剂粘主工和胺值均有所影响，见表2-16所示。由表6可见，固化促进剂用量加大，产品胺值上升，粘度下降。

表5 投料比对产品质量的影响

性能测试 试验编号 GA-025 GA-026 GA-027 GA-028 GA-029 GA-030

投料比（二聚酸：胺）  1：1.5 1：1.8 1：2 1：2.1 1：2.2 1：2.3

游离胺含量（wt%） 1.5 2.0 3.1 3.4 5.8 8.4

胺 值（mgKOH/g） 264 304 326 347 388 407

粘度（25℃）mPa.S 流动性差 150732 84521 66792 41175 26850

冲击强度，KJ/m2 – 7.2 9.6 10.2 8.1 7.6

弯曲强度，MPa – 71 89 98 84 81

弯曲模量，MPa – 2121 2524 3064 2443 2022

热变形温度（1.82MPa），℃ – 62 80 82 76 68

表6 促进剂添加量对产品粘度和胺值的影响

添加量（%） 粘度（25℃，mPa.s） 胺值（mgKOH/g） 备  注

0 64321 348.3 用产品作基础聚酰胺树脂

5 49716 361.9

10 32658 375.0

15 26745 391.2

3.7应用试验结果

非织布尼龙抛光轮专用固化剂的性能与低分子量650固化剂相经有较大提高。产品经广东省南海光明磨光材料厂等厂家应用，在非织布尼龙抛轮引进生产线上使用，具有好的预成工艺和操作性能，与使用650固化剂相比，其生产的非织布尼龙抛光轮产品质量与档次大大提高，已达到台湾台轮集团、香港光饰器材有限公司产品水平，基本接近美国3M公司水平，受到用户的欢迎。

4.结论

抛光轮用聚酰胺树脂固化剂合成与应用表明：①用二聚酸与有机多胺一步法合成低分子量、适宜粘度聚酰胺树脂，再添加功能助剂复配成非织布尼龙抛光轮专用固化剂的工艺路线是可行的。②合成低分子量低粘度聚可和解安树脂的较佳工艺条件是：酸、胺投料比为1：2.0-2.2（mol）、反应温度220-240℃、反应时间6-10小时。该工艺具有流程短、操作方便、容易控制、产品质量稳定的特点。③采用本工艺生产的产品经多家用户在非织布尼龙抛光轮引进生产线上批量使用后的结果表明，具有良好的预成型工艺和操作性能，与使用650固化剂相比，其生产的非织布尼龙抛光轮产品质量与档次大大提高，已达到台湾台轮集团、香港光饰器材有限公司产品水平，基本接近美国3M公司水平。

参 考 文 献

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