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  特殊方式的聚合物交联技术

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交联或者固化是连结聚合物的独立大分子并形成由物理或者化学方法得到的一种三维结构。下面的聚合物-交联-举例图系统介绍了三个形成三维网络结构的连结大分子分子排列例子:

可以在两个主链之间直接连接;
或者通过中间组分、交联剂等组成的间接路径,分别连叉接到两个主链上;
也可通过中间组分、交联剂等组成的间接路径,分别连接到悬挂的化学基团(交联点)上
过氧化物或电子束照射常被用来进行直接交联。交联剂是通用的并且有不同的系列,其中包括聚氨酯用的异腈酸酯、聚乙烯用的硅烷,特种弹性体用的树脂或胺类……等等。
总的来说,处理方法可以分成以下几类:

化学反应涉及:添加交联剂、成型生成的热量可能促进反应、挤出、烘烤、高压、盐浴、流化床、微波…...
辐射处理:电子束、紫外线、伽马射线、激光烧结……
常规交联使用情况概述
环氧树脂可以通过基于酸类、胺类、氨基树脂、异氰酸酯、酚醛树脂等,进行冷&热固化体系交联;

氨基树脂可以通过基于异氰酸酯、羧酸或酐类、环氧树脂、酚醛树脂等,进行冷&热固化体系交联;
酚醛树脂可以通过基于酸类、环氧树脂和异氰酸酯等,进行冷&热固化体系交联;
醇酸树脂可以通过基于酸类、胺类、氨基树脂、异氰酸酯、酚醛树脂、过氧化物、光引发剂等,进行冷&热固化体系交联;
丙烯酸树脂可以通过基于胺类、氨基树脂、环氧树脂、异腈酸酯、酚醛树脂、自由基等,进行冷&热固化体系交联;
聚乙烯可以通过基于过氧化物、硅烷醇、电子束等进行交联;
常规弹性体可以通过基于硫磺、过氧化物、异腈酸酯等,进行冷&热固化体系交联;
特殊弹性体可以通过基于金属氧化物、硅烷醇、树脂、胺类等,进行冷&热固化体系交联。
多功能性除了引导出大量性能以外,还扩大了聚合物应用领域,每一种方法根据聚合物以及其所使用得助剂都有其优势和缺点。下面的“三种交联工艺与聚合物性能之间的关系”图,表明依据过氧化物、硅烷醇或辐照等固化方法的不同,在氧化诱导时间(OIT)、溶胀、拉伸强度(TS)和断裂伸长率(EB)上的差异。

有一点必须谨记,加热和照射都会破坏聚合物,并且最终性能只是交联速率和降解速率之间的一种平衡。过氧化物和辐射交联会导致非常高的降解速率以至于加工变得无法实现。例如聚丙烯就不能用过氧化物固化,聚四氟乙烯在电子束的暴露下会变成粉末。

交联工艺概述

微波工艺:基本原理大家都比较熟悉的,但是值得记住的一点是由碳氢材料组成的日用聚合材料不能用微波进行加热。让我们以聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、天然橡胶和聚异戊二烯、SBR、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、聚丁二烯等为例,为了能够应用这一技术,有必要加入相当数量的(重量比为10%―50%)微波下加热材料,例如:

炭黑
金属粉末(小心燃烧危险)
表面处理过的二氧化硅
强磁性和铁磁性粉末
钡和铅的钛酸盐以及锆酸盐
高度偶极化的有机酯类、邻苯二甲酸酯和羧酸酯类
聚氧乙烯醇和相关醚类与酯类
胺类...
另一种方法在于使用少量的催化剂(0.2到1%)。F. PARODI博士描述了使用反应性催化剂的使用,提高了包括交联在内的多种化学反应的速度(超过四倍)。这些催化剂在微波条件下,生成微波敏感性中间产物,但是在没有微波的条件下对热表现为惰性。应用实例是通过胺类、酐和羧酸硫化剂固化的环氧树脂;硅树脂弹性体、环氧化橡胶的交联;不饱和橡胶的硫磺硫化;过氧化物硫化;不饱和聚酯树脂、烯丙基碳酸酯和烯丙基邻苯二甲酸酯树脂的固化等。

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