制品性能对组分与结构的要求
树脂的各种性能与其化学组分和结构直接相关。为了达到特定的性能要求,需要相应的化学组分和结构。以下就若干主要性能对组分及结构的关系作一般性介绍。
力学性能
树脂固化后的力学性能与聚酯组分及结构的关系主要有以下5个方面。
①聚酯分子量增大时,固化后树脂的强度、硬度、特别是弯曲强度增大。
②聚酯分子链中不饱和键增多时,树脂中交联点增多,固化后刚度增大,耐磨耗性提高。
③聚酯分子链在缩聚反应过程中线型生长的程度决定了树脂的拉伸强度。如二元醇和二元酸中都不含非芳族的不饱和键时,可得严格线型生长的长链分子,如反应产物中含有大量不饱和双键时,有可能发生双键间的交联,分子链得不到线型生长,强度即受影响。因此,要提高拉伸强度,应该控制缩聚反应,防止反应中发生交联,并使酯化反应进行到大程度。
④聚酯分子的极性增大时,树脂固化后的弯曲强度增大。分子链中的羟基、羧基、酯键、醚键都是使树脂分子极性增大的基团。
⑤聚酯分子链中结构排列的有序性使拉伸强度提高。为了争取结构上的有序排列,包括极性基团的有序排列,可使二元酸和二元醇的选用种类尽量减少;必要时还要用两步法进行缩聚反应。
柔软性
提高树脂的柔软性,可使树脂固化后的冲击强度、抗裂纹性提高,因此也可称柔韧性。树脂的耐曲挠性也直接与之相关。
树脂的柔软性主要取决于以下因素。
①聚酯分子链中饱和部分链长,不饱和键量少,交联点少,支链极少,柔软性就高。为此,提高饱和酸对不饱和酸的用量比及防止产生支链,可提高柔软性。
②在饱和二元酸中,采用脂肪族酸比芳香族酸对提高柔软性有效。而且柔软性和曲挠性随着饱和酸链长的增加而增大。
③增长饱和二元醇链长也可以达到提高柔软性的效果。但比起增长二元酸链长来,不如后者易于控制柔软化程度,而且树脂的终性能好。
④聚酯分子链中极性基团(如酯键、芳环基及羟基)数量多时,不利于柔软性,极性基团增多使脆化点提高。具有长的亚甲基链的结构可使脆化点降低。聚酯中如不含芳族基团,且分子链中每5个原子链长中酯键少于1个时,其固化后的脆化点可降至-40℃。
以下列举一些提高树脂柔软性的配方实例。
采用一缩二乙二醇改进树脂柔软性,适于手糊法生产。配方见表3-10。

采用己二酸改性的柔韧性树脂配方实例见表3-11。适用于热压树脂。

可作浇注工艺用的柔韧性树脂,配方实例见表3-12。

反应分两阶段进行,阶段反应进行到熔融澄清态,达到较低酸值,再进行第二阶段反应。稀释剂中事先加入阻聚剂、稳定剂等。
合成过程:先加入醇,升温至80℃,再加酸与酸酐,1h内升温至150℃,再以每小时升10℃速率升温至210℃。至酸值小于60mg/g时降温至180℃,抽真空。酸值降至20~30mg/g时,冷却。阻聚剂等事先加入苯乙烯中。
在柔性树脂中有一种高度柔软性树脂,是用高比例己二酸作饱和酸制成,除了可以直接使用外,主要是提供和其他树脂混合以改善其柔韧性用。
结晶性
影响树脂结晶性的主要因素有以下4个方面。
①由聚亚甲基(-CH2-)二元醇和聚亚甲基二元酸反应生成的树脂结晶性强,如乙二醇与己二酸反应产物结晶性很明显。在二元醇与二元酸中,只要有一方的聚亚甲基链增长,结晶性就会提高。
②对称性的醇(如乙二醇和新戊二醇等)容易使结晶性增大,特别与反丁烯二酸反应产物结晶性强。
③聚酯分子链中的不饱和双键、芳香基团、杂原子等使树脂结晶性下降,因而采用苯二甲酸酐和含有氧桥的一缩二乙二醇和一缩二丙二醇等,可使结晶性下降。
④在聚酯配方中采用酸或醇的种类增多时,结晶性下降。
按表3-13树脂配方可制得结晶性很强的聚酯,在常温下表现为固态。这种聚酯树脂可以磨成粉,既作固体树脂,也可作其他树脂的触变剂使用。其结晶性强的原因是采用了完全对称结构的乙二醇和新戊二醇所致。

热稳定性
为提高树脂的热稳定性,一般可以采取以下措施。
①增加树脂中的耐热结构,如增多交联点、提高结晶性、增多芳族基团以及引入氟或无机晶核(如硼化物)等,都有利于热稳定性上升。二元醇中β-碳原子上的氢被甲基取代后,有利于树脂的热稳定,新戊二醇即属此种结构。
②减少树脂中的热不稳定结构单元,如二元醇中的氧桥、较长的聚亚甲基酸或醇链、未反应的羧基等。这些薄弱点在受热后会使树脂降解。还有在a-碳原子上的烷基支链,在分子链中的乙酰氧基、氯基、羟基及端羟基等也是造成热不稳定的环节。在选用引发剂时,注意不要选用分解后能留下热不稳定产物的引发剂。
③采用邻苯二甲酸二烯丙酯、顺丁烯二酸二烯丙酯等丙烯基酯类单体,取代苯乙烯,可提高树脂的热稳定性。特别是采用三聚氰酸三烯丙酯作交联剂,可得耐高温树脂,其六元环对高温作用十分稳定。
④对于热压成型所用树脂,一般均采用较高的不饱和酸的比例,配合以间苯二甲酸作饱和酸。其顺酐对苯酐之摩尔比常为3:1以上。苯乙烯用量也相应提高,这样可以加强树脂的反应性,提高树脂的耐热性,以适应热压成型工艺的要求。表3-14为团状模塑料所用聚酯树脂配方之一例。

熔点
缩聚产物冷却到室温,有些聚酯呈固态,其熔点有高低不同。由芳族二元酸向树脂中引入的芳香基团越多,其熔点则越高;用普通脂肪族二元酸和二元醇聚合所得的聚酯,其熔点一般低于180℃。
阻燃性
阻燃性一般都依赖于树脂中含卤族化合物的量(主要是氯和溴的含量)。氯以两种方式加入树脂中:一种是混合状态,如氯化石蜡;另一种是化合状态,即呈稳定的键合状态。较有效的是采用氯化的芳族二元酸(如四氯邻苯二甲酸酐、六氯桥亚甲基邻苯二甲酸酐)作为饱和酸参加反应。四溴邻苯二甲酸酐、二溴新戊二醇等溴化物也有良好的阻燃效果。
此外,加氧化锑、膦酸酯等化合物,可使卤族化合物的阻燃效果大为增强。
阻燃树脂配方示倒见表3-15。

在含氯的化合物中如能加入氟元素,可使树脂的热稳定性显著提高。例如二氟四氯桥亚甲基邻苯二甲酸与顺酐、乙二醇聚合物在200℃下300天后,失重6.7%;同样条件下,六氯桥亚甲基邻苯二甲酸酐所得产物失重14.4%;普通苯酐产物失重25.6%。
电性能
聚酯分子中若极性降低、烃含量增加,则树脂电绝缘性能增强,但力学性能下降。因极性基团减少.影响了树脂强度。
树脂中未反应的羟基与羧基会使电绝缘性降低,必须尽量减少聚酯中未反应的羟基与羧基。为此可采用二元酸的甲酯经酯交换法制造树脂,此时残余的羧基和甲基结合,酸值可以降到很低。
另外,好不用含氧桥的二元醇,因醚键也增加树脂的极性。
耐化学性
增加交联密度、提高结晶性,可以提高树脂的耐化学性。因树脂在结构上更为密实。
要针对不同的介质条件,考虑树脂的化学组分。例如聚酯分子链中烃含量高时,耐化学性下降;酯键对强碱不稳定,但对液体碳氢化合物较稳定。
一般耐化学性树脂有两类:一是间苯二甲酸、新戊二醇改性的树脂;二是采用双酚A及其衍生物作二元醇所合成的树脂。
用间苯二甲酸取代邻苯二甲酸,以两步法合成聚酯是生产耐化学树脂的简单方法。间苯二甲酸与对苯二甲酸联用时,可进一步改善树脂的耐化学性。这两种酸比邻苯二甲酸有更好的对称性,使树脂在介质中更为稳定。采用新戊二醇参加反应,使树脂结晶性提高,耐化学性、耐水性增强。
用双酚A衍生物作为二元醇参加反应,产生比间苯二甲酸型耐化学性更好的树脂。双酚A分子量高,空间结构大,阻碍了聚酯的水解,酯键的浓度相应降低。双酚A结构本身在化学介质中也较稳定。
一般采用双酚A与环氧乙烷或环氧丙烷的化合物作二元醇,但所得的聚酯反应性不足,不能与苯乙烯充分交联,故需与乙二醇或丙二醇联合使用。具体配方举例见表3.16。

对水敏感性
树脂结构中碳氢含量高、结晶性强时,对水稳定性好,吸水率低。在聚酯分子中含有过多的羟基、酰胺基与醚键时,对水敏感。采用新戊二醇、间苯二甲酸、顺丁烯二酸酐聚合的树脂具有优良的水解稳定性,为高性能的胶衣树脂。
为制取水溶性树脂,需增加树脂中的醚键,常用含氧桥多的二元醇(如多缩乙二醇)取代丙二醇或乙二醇。这种水溶性树脂不能固化,只作玻璃纤维浸润剂中的成膜组分。
透明度与光稳定性
要制取清晰、无色、透明的树脂,需要仔细检查原料,使之不含有产生颜色的杂质。同时,要注意不选用在合成中会变色的颜料。如含氧桥的醇,在反应时醚键会形成带色体。钴促进剂是带色的,钴离子溶解于树脂中后,使树脂染上紫红色。
但清晰、透明的树脂在长期日光曝晒下会吸收紫外线而变黄、变暗。树脂中的苯环,包括苯二甲酸酐和苯乙烯所引入的苯环,是吸收紫外线的主要原因。为克服这一缺点,在树脂中可加入光稳定剂。光稳定剂应具有高度的吸收紫外线的性能,并且能将吸收的光能散逸出去而不影响树脂性能。详见4.9节。
空气干燥性
树脂固化过程中受空气中氧的阻聚,表面即发黏。为了使表面坚硬而有光泽,可采取以下措施。
① 用薄膜保护,或用惰性气体隔离空气。
②加入一种在树脂简化时与树脂变得不相容的物质,它析出树脂表面会形成一个隔离空气层。例如,加入0.05%~0.1%(质量分数)的石蜡即可以减少树脂固化后的残余黏性。但其表面不够平滑光亮。
③为制取表面涂覆用的聚酯无溶剂漆,可以采用一种空气干燥剂,如丙三基- -烯丙基醚改性,或用一种不饱和的二苄醚改性。还可以用丙三基- 、 二烯丙基醚的己二酸酯来代替部分苯乙烯,其化学式为:

采用这种添加剂可使树脂产生光亮而坚硬的表面,而且能实现快干。
④采用四氢化邻苯二甲酸酐与一缩二乙二醇与间苯二甲酸合成可得空气干燥性树脂。但需高浓度钴促进剂以实现表面的迅速硬化,钴用量比常用量要高出10倍以上。
四氢化邻苯二甲酸酐为丁二烯与顺丁烯二酸酐进行双烯加成反应的产物,其反应过程为:









































