脂环族环氧树脂的紫外光固化性能
                           1.樊庆春1.何勇 2.张路 2.黄茂喜
（1.武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室，湖北武汉430074； 2.武汉森茂精细化工有限公司，湖北武汉430223）
    摘要：研究了脂环族环氧树脂CER-170的紫外光固化性能，利用红外光谱对树脂固化前后的结构进行了表征，考查了光固化时间对凝胶率的影响，并对在最佳固化条件下所得的固化产物进行了性能测试。结果表明，在光固化时间为6 min时，凝胶率已达80.90%。在此条件下得到的胶膜冲击强度为4.9 N·m；柔韧性为2 mm，硬度为 3H，粘附力为3级。
    关键词：脂环族环氧树脂；紫外光固化；阳离子聚合 
    中图分类号：TQ577.3+5文献标识码：A文章
    编号：1001-5922（2009）10-0048-03
    紫外光固化技术是一种新型技术,完全符合“3E原则”，即Energy(节能)、Economy(经济)、Efficiency(高效率)。预计今后10年,全球的紫外光固化市场将以6%~7%的速度递增。脂环族环氧树脂由于具有良好的耐候性、力学性能、固化速率高等特性，在光固化领域有着极为广阔的应用前景[1～4]。本文系统研究了脂环族环氧 树脂CER-170的紫外光固化性能。
     1.实验部分
     1.1主要原材料
    光引发剂550，北京英力科技有限公司；脂环族环氧树脂CER-170，武汉森茂精细化工有限公司。
    1.2样品制备
    固化膜采用自制的紫外固化装置,将脂环族环氧树脂与光引发剂按质量比100∶3混合均匀，涂布于玻璃片上，厚度约1~2 mm，以1000W高压汞灯照射，固化成膜。
    1.3结构表征和性能测试
    1）红外光谱
    使用傅立叶红外光谱仪（Nicolet Impact 420型，美 国）对脂环族环氧树脂固化前后进行红外光谱测试。
    2）凝胶率
    采用胶膜的凝胶含量来衡量其固化速度。在脂环族 环氧树脂中加入一定量的光引发剂，配成液体涂于玻璃 片上，在紫外光下固化。将胶膜剥下，称质量W0，然后 用丙酮浸泡48 h，滤去丙酮溶液，烘干至恒量，再称质 量W1。
凝胶率Gel按式（1）计算:
                
    3）吸水性
    将玻璃板称质量(m)，将试样涂于玻璃板上，经紫外 光固化后，再称质量(m1)。然后浸泡在蒸馏水中，24 h后 取出，擦去表面水分，称质量(m2)。按式（2）计算胶膜 吸水性(W):
               
    4）密度和体积变化率
    液态树脂密度测定方法是：在分析天平上称得空瓶 的质量W0，然后取下瓶塞，灌满被测液体，放入恒温槽 内，当温度达到平衡后盖上瓶塞，多余液体从毛细管溢 出，用滤纸擦去毛细管口外的液滴，从恒温槽中取出并 拭净瓶外的液体，称得加液体后的质量W1。倒出瓶中液 体，用蒸馏水洗涤数次后再予装满，同样方法称得加水 后的质量W2，ρ2为蒸馏水的密度。则液体的密度ρ1，可 以按式（3）求得：
              
    树脂固化物密度测定方法是：称得空瓶的质量W0， 瓶内填装固体（约占瓶体积的1/5至1/3左右）后的质量 W2，再在填装固体瓶内加满水后称质W4，最后称满瓶水 的质量W3，则被测固体密度，可按式（4）计算：
              
    5）胶膜的力学性能
    固化胶膜硬度按照GB/T 6739—2006测试；柔韧性 按照GB/T 1731—1993测试；粘附力按照GB/T 9286— 1998划格法测试；冲击强度按照GB/T 1732—1993测 试。
    2 结果与讨论
    2.1红外光谱测试紫外光固化前后结构
    图1为CER-170的红外光谱图。其中，2 930cm-1 是—CH2—伸展峰,属环己烷结构的特征峰；3 450cm-1归属于羟基的特征峰；1 100cm-1是C-O-C醚键的吸收 峰；910cm-1是环氧基的特征振动吸收峰；从以上分析可知，CER-170中有环氧基，而且是饱和脂环结构。
              
    图2为CER-170紫外光固化后的红外光谱图，与固化前相比，910cm-1环氧基的特征振动吸收峰已经消失说明树脂已完全固化。
               
    光引发剂用量的增加，会使引发剂光照分解后产生较多的强质子酸，从而加快阳离子开环聚合的速度。但引发剂用量并非越多越好，因为当凝胶率达到一定程度后，由于交联网络的限制，使得阳离子活性和环氧基的运动受到限制，阳离子开环聚合很难进行。而且过量的光引发剂会造成固化物性能下降。因此，光引发剂550用量3%为宜。
    图3为凝胶率与光固化时间的关系曲线。随着光照时间的增加，凝胶率逐渐增大，但当光照时间为6 min后，此时凝胶率已达80.90%，说明已经基本固化。
    2.2凝胶率的影响因素
             
    表1为光固化胶膜的性能。
    2.3光固化胶膜的性能
             
    由表1可见，吸水性为9.34%，可见固化后树脂里仍 有亲水的醇羟基；体积变化率较大可能是由于饱和环己 烷苯环结构在固化后发生了膨胀；冲击强度高，但是硬 度和粘附力有待改善。
    3 结论
    红外光谱分析表明，CER-170是脂环族缩水甘油醚环氧树脂，没有不饱和键存在。光固化后的测试分析也说明了环氧基消失，固化基本完成，机理为阳离子聚合。紫外光照时间为6 min时，凝胶率已达到80.90%， 基本固化。而且产品硬度、柔韧性以及冲击强度都非常好，但是粘附力却有待改善。由于紫外光固化具有节能、无污染、高效、适用于热敏基材、设备简单等优点，因此具有广阔的市场前景。
参考文献
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