不饱和聚酯树脂低苯乙烯挥发助剂的研究与应用

摘要：苯乙烯在不饱和聚酯树脂中起着稀释剂和交联剂的双重作用，是不饱和聚酯树脂中用量最大的活性单体，但是在玻璃钢成型过程中，会大量挥发，严重污染环境，危害工人身体健康。。

关键词：苯乙烯、低苯乙烯挥发（LSE）、粘接强度

前言

1、不

饱和酯聚酯树脂（UP）

1.1 UP树脂的结构

不饱和聚酯树脂（Unsaturated Polyester Resin）是指不饱和聚酯在交联剂（例如苯乙烯）中的溶液，简称聚酯树脂。通常不饱和聚酯是由饱和的或不饱的二元醇与饱和的二元核酸（或酸酐）及不饱和的二元羧酸（或酸酐）缩聚而成的线型高分子化合物。在分子主链上同时含有酯键和不饱和双键，一般不饱和聚酯仅指由饱和二元醇与饱和二元竣酸（或酸酐）及不饱和二元羧酸（或酸酐）的缩聚物。典型的不饱和聚酯具有下列结构：

式中G代表二元醇的二价烷基，R代表饱和二元酸中芳基，x、y则表示聚合度。从上式可见，不饱和聚酯树脂具有线型结构，故又称线型不饱和聚酯[1]。

1.2 UP树脂的应用

工业上，不饱和聚酯缩聚反应终了时趁热与一定量的交联剂（乙烯基单体）混熔配制成粘稠的液体树脂，这就是不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯早在30年代就合成了。由于聚酯链上存在不饱和双键，所以在适当条件下，可以转变成不溶、不熔状态。稍后发现，若加入乙烯基单体，则不饱和聚酯的固化速率可提高30倍之多，这一重要发现导致了不饱和聚酯树脂于1941年开始在工业上应用。加入乙烯基单体，例如苯乙烯，使液态树脂能够在引发剂引发下快速交联，所得交联聚酯结构示意如下：

1942年开始用这类树脂制备玻璃钢，从此不饱和聚酯树脂在工业上得到了大规模应用。目前不饱和聚酯树脂(UPR)是热固性树脂的主要品种之一，也是复合材料三大基体树脂之一。不饱和聚酯树脂在玻璃钢工业上是一类重要的合成树脂，一则是因以它作粘结剂可以提供给玻璃钢许多优异的物理、化学性能；二则因为它可在过氧化物引发下，进行室温接触成型制备玻璃钢，成型工艺简单并且能制造大型制件。所以，目前约一半以上的玻璃钢制品是用不饱和聚酯树脂制备的。随着玻璃钢成型新工艺的发展，目前UP树脂已经广泛应用于新能源（风机叶片、机舱罩）、轨道交通（动车、高铁内饰件、电动汽车制件等）、船舶（渔船、游艇、救生艇、摩托艇）、医疗器械（核磁共振仪等）、化工污水管道、格栅、采光瓦、卫浴用品等领域，已经深入国民经济的各个层面。随着人们对环保要求的提高，不饱和聚酯的一个缺点就渐渐暴露出来，不饱和聚酯在使用过程中会挥发出大量的苯乙烯，它的味道刺鼻，会灼烧皮肤，严重的还会引起工人的身体不适，因此需要对其进行改进[2]。

2、苯乙烯

苯乙烯在不饱和聚酯树脂中起着稀释剂和交联剂的双重作用，它价格低廉，和不饱和聚酯间有着较高的反应活性，且是多种聚酯的良好溶剂。所以，苯乙烯目前仍是不饱和聚酯树脂中用量最大的活性单体，通常占树脂质量30%-50%。然而，苯乙烯的常温蒸汽压较高，0.7KPa（20℃），沸点低145℃，易挥发，在玻璃钢成型过程中，尤其是在喷射、大口径缠绕和手糊等开模成型工艺中，大量挥发，导致生产车间气味大，环境污染严重，危害工人身体健康。欧美等国早已出台了相关法规限制生产车间里的苯乙烯气体含量。随着环保理念的深入人心，我国相关部门和社会公众也开始关注苯乙烯的危害。因此有效抑制苯乙烯挥发以及低苯乙烯挥发树脂已经成为玻璃钢行业的发展方向[3]。

3、低苯乙烯挥发树脂

目前市面上降低苯乙烯挥发的方法主要有三种：

成膜添加剂法：添加抑制苯乙烯挥发的成膜剂如石蜡等；

在不饱和聚酯树脂中添加成膜剂是抑制苯乙烯散发最常用的方法。成膜添加剂在苯乙烯中的溶解性有限，随着苯乙烯的蒸发，成膜添加剂向树脂表面迁移而浮出，形成一层屏障膜，阻止并减少苯乙烯的散发。虽然成膜剂可抑制苯乙烯的散发，但是会影响树脂与玻璃钢、树脂与树脂、树脂与金属表面间的粘接强度，特别是产品受冲击时可能产生脱层，解决的方法是在成膜助剂中添加粘接促进剂[4]。

低苯乙烯含量法：合成低苯乙烯含量的UP树脂，主要为DCPD改性树脂；

降低树脂中苯乙烯含量，相应地减少树脂中苯乙烯的散发。苯乙烯含量降低1%，在固化阶段苯乙烯散发大约降低5%，低苯乙烯含量树脂的苯乙烯浓度一般要求在35% 以下。但是降低苯乙烯含量，会使树脂粘度增大，给成型操作带来不便，也使制品质量下降，目前主要运用的DCPD改性树脂具有脆性大、机械强度低等不足，且在开放式成型工艺中苯乙烯挥发量还是比较大；所以必须通过新的合成工艺和化学改性法来达到降低苯....