专利名称：一种实时监测树脂固化过程的方法
技术领域：
本发明属于高分子材料和涂料领域，涉及一种实时监测热固性树脂固化过程的新方法。
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。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。在实际应用中，有关热固性树脂固化过程的监测、研究，以及对其内在机理的深入 理解，对于进一步改进树脂产品质量，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基础研究，例如测定分子的键长、键 角，进而推断其立体构型等、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。红外光谱最突出的特点是具有高度的特征性，除光学异构体 外，每种化合物都有自己的红外吸收光谱。所以可以根据化合物的红外吸收光谱的峰位、峰 强以及峰形判断该化合物中是否存在某些官能团，并进而推断其结构。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，这既复杂又不太科 学，而且无法获得有关固化过程的信息，即无法实现对固化程度的实时监测。
发明内容
本发明以聚氨酯树脂为例，提出一种实时监测热固性树脂固化过程的新方法。主 要利用红外光谱变温附件(德国Bruker)，通过监测特征官能团透射率的变化，直接获得反 映热固性树脂固化程度的转化率曲线，实现了在一定温度下对聚氨酯树脂固化过程的实时 监测。为达到上述目的，本发明的原理及实验步骤是1)原理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， 活性基团-NCO的特征峰是2272cm—1，这个区域受其他峰的干扰小，这样就可以根据-NCO的特征峰的透射率的变化，计算出漆膜的固化程度。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。由于每次的测量点都在同一位置，因此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-NCO的特征峰2272CHT1的变化即可。转化率(反应程度)的计算公式如下R1 = [ (T2272 !-T 2272 0) /T 2272 J X 100式中，R1——固化过程的反应程度(％ )；T2272 ！——固化过程中的2272CHT1的透射率；T2272 ο——未固化过程中的2272CHT1的透射率。热固性丙烯酸树脂和异氰酸酯固化剂的固化反应式如下 2)实验步骤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，，)；b.将“附件”整体置于红外光谱样品室光路中；c.调节温控装置，将溴化钾(KBr)窗片温度升至设定温度；d.按照设定比例，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均勻；e.取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上；f.开始红外光谱扫描，可设定扫描间隔时间；e.根据2272CHT1的透射率变化，计算并得到反映固化程度的转化率曲线。本发明优点在于1)测试过程中不破坏样品，分析速度快，样品用量少。2)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。3)只需记录2272cm—1透射率的变化，使方法简化。4)可根据需要设定扫描间隔时间，实现实时监测。5)方法简单，可操作性强。
图1固化温度为120°C时样品(A/B = 3:1)的红外光谱图说明在固定温度下，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。图2固化温度为120°C时样品(A/B = 3:1)的转化率曲线图说明在固定温度下，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。
具体实施例方式实施例1 实时监测热固性树脂固化过程是按照下列方法获得的①将放置聚氨酯样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“红外光谱变温附件”，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，将溴化钾(KBr)窗片区域温度升至 120°C。②按照质量比A/B = 3 1，用电子天平准确称取聚氨酯样品的A、B组分，立即混 合，搅拌均勻；然后取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上。③开始红外光谱扫描，5分钟扫描一次，根据2272CHT1的透射率变化，计算并得到 反映固化程度的转化率曲线。设置温度为110°C，其余同实施例1。 设置温度为130°c，其余同实施例1。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。 设置聚氨酯样品的A、B组分质量比为1 1，其余同实施例1。 设置扫描间隔时间为4分钟，其余同实施例1。 设置扫描间隔时间为3分钟，其余同实施例1。实施例
实施例
实施例
实施例
实施例
实施例
权利要求
一种实时监测树脂固化过程的方法，其特征在于该方法可以是按照下列步骤获得的①将放置聚氨酯样品的溴化钾(KBr)窗片安装于“红外光谱变温附件”，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，将溴化钾(KBr)窗片区域温度升至设定温度。②按照设定树脂(A)与固化剂(B)的质量比A/B，用电子天平准确称取A、B组分，立即混合，搅拌均匀；然后取适量混合后树脂，涂抹于“附件”中的溴化钾(KBr)窗片上。③开始红外光谱扫描，按照设定时间间隔扫描一次，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。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测树脂固化过程的方法，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所述的一种实时监测树脂固化过程的方法，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所述的一种实时监测树脂固化过程的方法，其特征在于固化温度 可设定为 100,110,120,130,140 0C0
5.根据权利要求1所述的一种实时监测树脂固化过程的方法，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所述的一种实时监测树脂固化过程的方法，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Rl — [ (T2272 I-T 2272 0) /^2272 cJ X 100式中，R1——固化过程的反应程度(％ )； T2272 J——固化过程中的2272CHT1的透射率； T2272 ο——未固化过程中的2272CHT1的透射率。
全文摘要
本发明涉及一种实时监测热固性树脂固化过程的新方法。该方法以聚氨酯树脂为例，利用红外光谱变温附件(德国Bruker)，通过监测红外光谱中特征官能团透射率的变化，直接获得反映热固性树脂固化程度的转化率曲线，实现了在一定温度下对聚氨酯树脂固化过程的实时监测。该方法适用于其它类型的热固性树脂，应用前景广阔。
文档编号G01N21/35GK101929954SQ20101023584
公开日2010年12月29日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者徐杰, 朱亦希, 薛岚, 郭斌, 银鹏 申请人:南京林业大学