楊宣樂(lè)(廣東 韶關(guān) 512000)

光固化聚丙烯酸樹(shù)脂工藝優(yōu)化方案的研究

楊宣樂(lè)(廣東 韶關(guān) 512000)

我國(guó)實(shí)行節(jié)能減排政策，倡導(dǎo)保護(hù)自然環(huán)境，對(duì)材料的環(huán)保性能也有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。光固化聚丙烯酸樹(shù)脂環(huán)保效果較好，其擁有良好的力學(xué)性能、耐沖擊、耐熱性、電絕緣性、化學(xué)性能好等特點(diǎn)。針對(duì)這種情況，筆者擬將光固化技術(shù)和聚丙烯酸樹(shù)脂材料相結(jié)合，充分發(fā)揮二者的良好性能，以研發(fā)出具有環(huán)保節(jié)能特性的新型復(fù)合材料。本文主要是針對(duì)光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化綜述，通過(guò)本文的介紹幫助同行了解該領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)。

光固化；聚丙烯酸樹(shù)脂；優(yōu)化工藝

隨著溫室效應(yīng)，冰川融化等現(xiàn)象的產(chǎn)生，保護(hù)環(huán)境工作的重要性日益顯現(xiàn)。我國(guó)重視環(huán)境保護(hù)，倡導(dǎo)綠色出行、低碳生活。光固化材料具有減少污染、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、適應(yīng)性強(qiáng)等的特點(diǎn)，其作為一種綠色材料，符合國(guó)家環(huán)保和節(jié)能減排政策，可以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了滿足不同行業(yè)的需求，光固化材料也在不斷地進(jìn)行升級(jí)、研發(fā)。

1 光固化技術(shù)

1.1 光固化系統(tǒng)

光固化材料是一種新型的、節(jié)能減排的、符合國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的材料。光固化材料在紫外光的照射下可以迅速相連形成網(wǎng)狀模塊進(jìn)而固定成模型的一種材料。這種材料主要包括四個(gè)方面，即能夠?qū)嵭泄夤袒牡途畚铩⒒钚韵♂寗﹤€(gè)體、部分的光自由基或陽(yáng)離子引發(fā)劑、部分添加劑。我認(rèn)為，低聚物是固定成模型的主要物質(zhì)，對(duì)光固化產(chǎn)品的功能起著決定性的作用，這也是研發(fā)新型材料的關(guān)鍵之處。

1.2 活性稀釋劑個(gè)體

在光固化材料中，活性稀釋劑是單獨(dú)存在的個(gè)體，黏性不高，光固化系統(tǒng)的黏性就是通過(guò)其來(lái)控制。活性稀釋劑擁有能夠加入光固化反應(yīng)的因子，所以在光固化的過(guò)程中能夠固定成型，不會(huì)溶解或依附在光固化系統(tǒng)中。它會(huì)和低聚物相結(jié)合加入到光固化反應(yīng)中，對(duì)光固化成型的產(chǎn)品也有重要的影響，進(jìn)而保護(hù)環(huán)境，賦予了光固化系統(tǒng)節(jié)能減排的特點(diǎn)。

活性稀釋劑有非常多的品種，根據(jù)加入反應(yīng)的官能團(tuán)數(shù)量能夠細(xì)分成單官能及多官能。根據(jù)聚合機(jī)理能夠細(xì)分成自由基及陽(yáng)離子。根據(jù)官能團(tuán)類(lèi)型的區(qū)別能夠細(xì)分成丙烯酸酯類(lèi)和環(huán)氧類(lèi)等種類(lèi)。

1.3 光引發(fā)劑

在光固化的系統(tǒng)中，光引發(fā)劑的用量不多，但也是其中不可缺少的構(gòu)成部分，對(duì)于配方系統(tǒng)在光照時(shí)活性稀釋劑和低聚物的結(jié)合固化有著很大的影響。光引發(fā)劑對(duì)于紫外光或可見(jiàn)光都有吸收的功能，經(jīng)光的照射會(huì)出現(xiàn)電子能級(jí)的轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中會(huì)受到化學(xué)作用從而形成活性碎片，造成光的聚合。過(guò)去的光引發(fā)劑多為小分子，固化后剩下的光引發(fā)劑會(huì)是固化模型中的隨性因子，對(duì)固化模型的性能帶來(lái)不好的作用。所以，近年來(lái)很多研究學(xué)者都在研發(fā)大分子光引發(fā)劑來(lái)處理剩余分子的不好影響。大分子光引發(fā)劑因?yàn)榉肿恿看?，鏈條較長(zhǎng)，變動(dòng)會(huì)造成很大的作用，就算有所剩余，對(duì)固化模型也沒(méi)有太大的作用。

1.4 低聚物

在光固化的系統(tǒng)中，低聚物所占的比重是最多的，大概可以超過(guò)半數(shù)以上，對(duì)光固化后形成產(chǎn)品的功能起著決定性的作用，算是固化產(chǎn)品的中心構(gòu)造。不同構(gòu)造的低聚物產(chǎn)品可以在不同的光固化機(jī)理中使用，但現(xiàn)在主要使用的還是自由基聚合機(jī)理的光固化產(chǎn)品，進(jìn)而也存在很多的低聚物產(chǎn)品，如環(huán)氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等。而適應(yīng)陽(yáng)離子光固化系統(tǒng)的低聚物產(chǎn)品很少，主要有環(huán)氧樹(shù)脂等。

2 聚丙烯酸樹(shù)脂材料

2.1 聚丙烯酸樹(shù)脂

聚丙烯酸樹(shù)脂也被稱為丙烯酸樹(shù)脂乳液、丙烯酸改性樹(shù)脂等。呈現(xiàn)無(wú)色或淡黃色液體，可以和金屬離子等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)稱為化合物，對(duì)水中碳酸鈣和氫氧化鈣有很好的稀釋作用。

2.2 聚丙烯酸樹(shù)脂的制作方法

通過(guò)我的多次實(shí)驗(yàn)可以得到，聚丙烯酸樹(shù)脂是由聚丙烯腈或聚丙烯酸酯在約為100℃的溫度下進(jìn)行酸性溶解，并利用硫酸鈉水溶液組成的氧化還原程序作為引發(fā)劑的制作手段來(lái)合成聚丙烯酸樹(shù)脂。聚丙烯酸樹(shù)脂由丙烯酸個(gè)體在水溶液中自由基反應(yīng)而形成的。異丙醇起到因子轉(zhuǎn)變劑的作用，不但能夠使因子的分布空間較小，還可以減小黏性、轉(zhuǎn)移反應(yīng)熱。

聚丙烯酸樹(shù)脂的制作過(guò)程多為間歇式的過(guò)程。制作溫度恒定在60～100度，反應(yīng)物酯比例中，丙烯酸的濃度約是10%～30%。引發(fā)劑的用量約為丙烯酸的8%～15%。在制作的過(guò)程中可以添加因子轉(zhuǎn)變劑，來(lái)調(diào)整產(chǎn)品聚丙烯酸樹(shù)脂的因子數(shù)量；也可以不添加因子轉(zhuǎn)變劑。添加因子轉(zhuǎn)變劑時(shí)，丙烯酸可以使用它的最大限額；相反的，就要使用它的最低限額。不添加因子轉(zhuǎn)變劑時(shí)，引發(fā)劑可以使用它的最大限額；相反的，就要使用它的最低限額。在聚丙烯酸的制作過(guò)程中，如添加丙烯酸和引發(fā)劑，需要根據(jù)比例倒入水溶液中進(jìn)行反應(yīng)。綜上所述，因子轉(zhuǎn)變劑和引發(fā)劑的用量過(guò)高時(shí)，會(huì)減少產(chǎn)品聚丙烯酸樹(shù)脂的因子數(shù)量。因此，要想實(shí)現(xiàn)制作高分子量聚丙烯的目標(biāo)，就要利用惰性氣體來(lái)驅(qū)除反應(yīng)程序中的氧氣。

3 光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的制作方案和性能測(cè)試

3.1 概述

光固化聚丙烯酸樹(shù)脂由于聚丙烯酸樹(shù)脂的作用，使其擁有良好的力學(xué)性能、耐沖擊、耐熱性、電絕緣性、化學(xué)性能好等特性，在各行各業(yè)都得到了使用。在光固化材料行業(yè)中，對(duì)于聚丙烯酸樹(shù)脂的研究還處在起步階段，分析的還比較片面，這極大地阻礙了它的推廣。但是，聚丙烯酸樹(shù)脂屬于光固化低聚物的一類(lèi)，擁有保光保色，耐水性強(qiáng)，光澤度高，柔韌性適中的優(yōu)越性能。因此，在實(shí)際生活中受到了很多領(lǐng)域的青睞。

3.2 光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的制作工藝

光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的制作過(guò)程可以分為兩個(gè)步驟：各類(lèi)丙烯酸酯自由基溶液的結(jié)合；產(chǎn)生酯化作用，制作出光固化聚丙烯酸樹(shù)脂。具體制作工藝流程如下：第一步，聚丙烯酸酯的形成：把丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯等因子根據(jù)一定的比例搖晃勻稱，然后把溶液放在同樣容積的四個(gè)瓶子中。在放在瓶子的過(guò)程中持續(xù)攪拌，使溫度恒定在80℃。當(dāng)溶液全部放在四個(gè)瓶子里后，使溫度逐漸上升到100℃。等待1小時(shí)后，開(kāi)始用紅外光譜測(cè)試，待丙烯酸酯的雙鍵吸收峰消失，反應(yīng)結(jié)束。最后用石油醚沉淀，放在真空中干燥，形成產(chǎn)品。

第二步，聚丙烯酸酯丙烯酸酯的形成：取第一步中形成的產(chǎn)品10g，溶解在150ml乙酸乙酯中，并倒入丙烯酸。將上述溶液平均盛放在具有攪拌裝置的四個(gè)瓶子中，并倒入丙烯酸氯。然后把溫度上升到50℃開(kāi)始反應(yīng)，等待1小時(shí)后，用紅外光譜進(jìn)行測(cè)試，等羥基吸收峰消失后，結(jié)束反應(yīng)。經(jīng)過(guò)鹽酸、碳酸氫鈉和去離子水洗滌后，再用無(wú)水硫酸鈉吸水，最后放在真空中蒸發(fā)，形成產(chǎn)品。

3.3 光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的性能測(cè)試

(1)紅外光譜分析。紅外光譜分析法是對(duì)因子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分進(jìn)行鑒別的重要分析方法。由于光固化聚丙烯酸樹(shù)脂中擁有的各類(lèi)化學(xué)集團(tuán)都有特定的紅外特征吸收峰，因此該方法是通過(guò)鑒別因子的轉(zhuǎn)變等信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除此之外，紅外光譜分析法也可以用來(lái)檢測(cè)混合反應(yīng)中的雙鍵轉(zhuǎn)化率。在光聚合發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程中，雙鍵會(huì)逐漸變成單鍵，說(shuō)明雙鍵的數(shù)量在不斷下降，在紅外光譜圖上就會(huì)呈現(xiàn)雙鍵特征吸收峰的強(qiáng)度不斷下降的現(xiàn)象。所以，可以通過(guò)雙鍵鋒面積的轉(zhuǎn)變來(lái)觀察聚合的反應(yīng)。

(2)凝膠滲透色譜分析。想要掌握制作的光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的因子分布情況，來(lái)引發(fā)共聚個(gè)體的轉(zhuǎn)變，選用凝膠滲透色譜分析法對(duì)其進(jìn)行因子分布情況的檢測(cè)。

(3)X-射線光電子能譜分析。X-射線光電子能譜是根據(jù)波長(zhǎng)在X射線內(nèi)的光射范圍內(nèi)對(duì)光固化聚丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行檢測(cè)。把光固化聚丙烯酸樹(shù)脂用3%的引發(fā)劑產(chǎn)生聚合現(xiàn)象，然后磨成粉末狀并對(duì)表面因子的含量進(jìn)行研究。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)的是光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的工藝優(yōu)化方案進(jìn)行研究。介紹了光固化技術(shù)和聚丙烯酸樹(shù)脂材料的有關(guān)知識(shí)，在介紹的過(guò)程中也穿插了筆者的見(jiàn)解和貢獻(xiàn)。其次，對(duì)光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的制作步驟進(jìn)行優(yōu)化敘述，并選用幾種檢測(cè)分析方法對(duì)光固化聚丙烯酸樹(shù)脂的獨(dú)特性能進(jìn)行檢驗(yàn)。由此，讀者可以對(duì)光固化聚丙烯酸樹(shù)脂材料的合成工藝有進(jìn)一步了解，努力使這一符合國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略、節(jié)能減排的政策要求的新型材料，獲得更好、更快的發(fā)展。

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