纳米ZnO／不饱和聚酯复合材料固化反应的研究.pdf

现代塑料加工应用2013年第25卷第1期
MODERN PLASTICS PROCESSING AND APPLICATIONS
纳米ZnO/不饱和聚酯复合材料固化反应的研究
周莉张建中2吴海艳
(1.辽宁石油化工大学化学与材料学院,辽宁抚顺,113001;2.抚顺职业技术学院化工系,辽宁抚顺,113006)
摘要:釆用傅里叶变换红外光谱对纳米ZnO/不饱和聚酯复合材料和不饱和聚酯树脂的固化反应进行了分析和比较
结果表明两者的固化过程基本相同,纳米乙nO对不饱和聚酯的固化反应和固化机理并没有太大影响。
关键词;纳米化锌不饱和聚蘛复含材料固化反应固化机理
Curing Reaction of
Nano-zno/Unsaturated Polymer Resin Composites
Zhou Li Zhang Jianzhong Wu Haiyan
(1. School of Materials &. Chemistry, Liaoning University of Petroleum and
Chemical Technology, Fushun, Liaoning, 113001; 2 Department o
Chemical Technology, Fushun Vocational Technical Institute, Fushun, Liaoning, 1 13006
Abstract: The curing reaction of nano-zno/unsaturated polymer resin composites
and pure unsaturated polymer resin was analysised and compared by FTIR. The results
show that both of the curing processes are the same basically. Nano-zno has little
effect on curing reaction and curing mechanism of unsaturated polymer resin
Key words: nano-zinc oxide; unsaturated polymer resin; composites; curing reac-
tion; curing mechanism
不饱和聚酯树脂(UPR)原料易得,加工.工艺厂;过氧化甲乙酮、昇辛酸钴,抚顺市榆林玻璃钢
简便,实用价值高,且具有优良的机械性能、电学厂;溴化钾,光谱纯,北京飞美斯分析科技有限公
性能和耐化学腐蚀性能等,发展迅速且具有广泛司;纳米ZnO,粒径30nm,浙江舟山纳米材料有
的应用前景。UPR的固化反应是指不饱和聚酯限公司
(UP)长链与苯乙烯(St)等交联单体两者双键的1.2仪器设备
反应过程,从而形成了三维网状固体。UPR固化
FA2104N型电子天平,上海精密科学仪器
情况对复合材料的性能有重要影响,因此选择合有限公司;DZ1A型真空干燥箱,天津市泰斯特
理的固化条件、对固化机理和固化过程进行研究仪器有限公司; VECTOR22型红外光谱仪(FT
具有很重要的理论价值和实际意义。
IR),德国 BRUKER光谱仪器公司
本研究采用傅立叶变换红外光谱仪,对纯1.3试验方法
R及纳米Zn()改性UPR的固化过程进行了
称取100g的UPR放人250mL的烧杯
跟踪测定,探讨了固化过程中官能团的变化情况,中,而后加人一定量的纳米ZnO,揽拌15min,
并研究了纳米ZnO对UPR的固化反应的影响。再加人适量固化剂和促进剂,搅拌均匀,迅速用
试验部分
收稿目期:2012-08-15;修改稿收到日期:2012-11-07。
作者简介:周莉(1970一),女,副教授,博士,主要从事高分
子材料合成及改性方面的研究。 E-rnail: zhouli163
1.1主要原料
coi
191#UPR,秦皇岛市三海关鑫源树脂加工
基金项目:辽宁省科技厅项日(2009304002)。
周莉等,纳米ZnO/不饱和聚酯复合材料固化反应的研究
11
玻璃棒讓取少量混合好的物质均匀涂于KBr盐
片上,放人红外光谱仪样品架上,每隔一定时间
68
扫描1次,扫描时间10s,扫描范围400~
64
4000cm~1。而后不加纳米ZnO重复上述操作,
并进行比较。
间增
酸56
52
2结果与讨论
48
9809/40900860
2.1UPR的固化机理
波数/eml
191#UPR的固化反应机理如下。
图1UPR在不同反应时间的FTIR分析曲线
1)链引发:为了使线型的UPR在常温或
加热条件下变成体型结构的聚合物,采用过氧化
甲乙酮和异辛酸钴作为固化剂和促进剂,二者是
种常见的氧化还原体系,可以发生反应产生自
866
由基,引发UPR的交联共聚反应。
60会
2)链增长:链引发产生了UPR自由基和
时间增
St自由基,反应发生后其可能与其他单体分子
进一步作用,形成长链自由基,两者就会进行链
1020980940900860
增长反应,形成网络大分子。
波数/cm
3)链终止:UPR的链终止反应主要是双
基终止,用St作交联单体时,偶合终止是主要倾
图2复合材料在不同反应时间的FTIR分析曲线
向。实际上,UPR的固化网络里仍然存在着一2.3复合材料固化转化率的计算
些长寿自由基,在相当长的时间里仍可以继续进
为了进一步研究两者的固化过程,对UP和
行反应。
St碳碳双键的转化率进行考察,并分别对
2.2UPR及纳米ZnO/UPR复合材料固化分析980cm1和912cm'处峰面积进行积分,则转
在FTIR分析曲线中,碳碳双键不饱和碳原化率可以由峰面积求出,其公式为:
子上C一H键的面外弯曲振动的吸收频率
X=(A。-A,)/A。×100%
(8)-cH一般在650~1000cm1处,这一区域对
其中,X为UP或St双键的转化率;4。为反
结构特别敏感,不同的双键取代类型其吸收频率应开始时的峰面积;而A,为反应进行到t时刻
也不同
的峰面积。由此分别得到了UP和St双健的
UPR的固化就是UP和St两者双键的反X-时间曲线。
应过程,因此在固化过程中,两者的双键均不断
图3是纯UPR中UP双健和St双键的X
消耗,吸收强度减小。UP属于反式二取代的情时间曲线,而图4是纳米ZnO改性后的UPR中
况,其吸收峰在979cm-1处,而St为一取代,其UP双键和St双键的X-时间曲线。由图3、图4
在912cm'处有一强的吸收峰
可以看出:2种体系的固化过程相似,随着时间
图1和图2分别是室温下UPR和纳米的增加,X都增大,且X在较短时间内迅速增
ZnO/UPR复合材料在不同反应时间的FTIR大,然盾变化趋势趋于平缓。反应开始阶段,UP
曲线。选取860~1018cm-1波数为研究范围。双键的X均高于St双键的X,但随着反应时间
可以看到在2种情况下,随着时间的增加,979的增加,St双键的X迅速增大,且远远大于UP
和912cm-1处的吸收峰强度均逐渐减小,说明的