*CN101936892A*
(10)申请公布号 CN 101936892 A(43)申请公布日 2011.01.05
(12)发明专利申请
(21)申请号 201010235815.X(22)申请日 2010.07.26
(71)申请人南京林业大学
地址210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路
159号南京林业大学理学院化学与材料系(72)发明人郭斌 银鹏 朱亦希 薛岚 徐杰(51)Int.Cl.
G01N 21/35(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页
(54)发明名称
一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法(57)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。
CN 101936892 ACN 101936892 ACN 101936893 A
权 利 要 求 书
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1.一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℃。
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：
R1＝[(T2272 I-T2272 0)/T 2272 0]×100式中，RI——固化过程的反应程度(％)；T2272 I——固化过程中的2272cm-1的透射率；T2272 0——未固化过程中的2272cm-1的透射率。
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说 明 书
一种确定热固性树脂最佳固化条件的方法
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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。
[0001]
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。[0003] 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。[0004] 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。[0005] 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。
[0002]
发明内容
[0006] 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。[0007] 为达到上述目的，本发明的原理及实验步骤是：[0008] 1)原理
[0009] 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，
这个区域受其他峰的干扰小，这样就可以根据-NCO的活性基团-NCO的特征峰是2272cm-1，
特征峰的透射率的变化，计算出漆膜的固化程度。
[0010] 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2272cm-1的变化即可。
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说 明 书
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转化率(反应程度)的计算公式如下：[0012] RI＝[(T2272 I-T 2272 0)/T 2272 0]×100[0013] 式中，RI——固化过程的反应程度(％)；
-1
[0014] T2272 I——固化过程中的2272cm的透射率；
-1
[0015] T2272 0——未固化过程中的2272cm的透射率。[0016] 2)实验方案与步骤[0017] ①确定A、B加入量——预估法[0018] 准确称取A、B组分，分别配成一定比例的混合物，充分搅拌均匀，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。[0019] ②固温过程
[0020] 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：
[0021] 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”)；
[0022] b.将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；[0023] 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；[0024] d.按照初选比例，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均匀；[0025] e.取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；[0026] f.开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；
-1
[0027] e.根据2272cm的透射率变化，计算并得到反映固化程度的转化率曲线。[0028] ③变温过程
[0029] 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：
[0030] a.将放置样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“附件”中；[0031] b.将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；[0032] c.按照初选比例，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均匀；[0033] d.取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；[0034] 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；[0035] 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；
-1
[0036] e.根据2272cm的透射率变化，计算并得到反映固化程度的转化率曲线。[0037] ④确定固化条件
[0038] 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。[0039] 本发明优点在于：[0040] 1)方法系统完整，可操作性强。[0041] 2)测试过程中不破坏样品，分析速度快，样品用量少。[0042] 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。
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说 明 书
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4)只需记录2272cm-1透射率的变化，使方法简化。[0044] 5)可根据需要设定扫描间隔时间，实现实时监测。附图说明
[0045] [0046]
图1固化温度为100℃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，即吸收减小，官能团含量减小。[0047] 图2固化温度为100，110，120，130，140℃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℃既能达到一定转化率，固化过程也较平稳，此条件最佳。
[0048] 图3升温速率为1℃/min时样品(A/B＝3∶1)的红外光谱图[0049] 说明：在变温条件下固化，即以1℃/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℃，到达120℃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。[0050] 图4升温速率为1，3，5℃/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℃/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。具体实施方式
[0051] 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：[0052] ①初步确定A、B加入量[0053] 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。[0054] ②固温过程，确定最佳固化温度
[0055] 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，搅拌均匀；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，确定固化时最佳升温速率[0057] 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(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。[0058] ④确定固化条件
[0059] 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
[0056]
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的条件，综合判断，获得该比例A/B样品的最佳固化条件。[0060] 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。[0061] 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。[0062] 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。[0063] 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。[0064] 实施例6：设置温度为100℃，其余同实施例1。[0065] 实施例7：设置温度为110℃，其余同实施例1。[0066] 实施例8：设置温度为130℃，其余同实施例1。[0067] 实施例9：设置温度为140℃，其余同实施例1。[0068] 实施例10：设置扫描间隔时间为4分钟，其余同实施例1。[0069] 实施例11：设置扫描间隔时间为3分钟，其余同实施例1。
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