不饱和聚酯树脂的制备

不饱和聚酯树脂的制备

一、实验目的与要求

1、通过实验掌握不饱和聚酯树脂的制备原理及合成方法；

2、考察原料种类和配比对产品性能的影响；

3、了解不饱和聚酯树脂的固化特征。

二、实验原理

大分子链中含多个酯键的聚合物称为聚酯，按化学结构不同，聚酯树脂一般可分为二大类。第一类为饱和聚酯树脂，其分子结构中的碳原子皆以单键连接，在进一步加工过程中不会发生结构及分子量的变化，呈热塑性。涤纶，聚芳酯、聚碳酸酯等属此类。第二类为不饱和聚酯树脂，其结构中部分原子间以双键相连，在进一步加工过程中分子中的双键可参与化学反应，一般由可溶的线形结构转变为不溶不熔的体形结构，所以呈现热固性。

不饱和聚酯树脂通常是指不饱和二元酸（或酸酐）（如：顺丁烯二酸、反丁烯二酸、二烯类物质与顺酐的加成物等）、饱和二元酸与二元醇三者之间的缩聚产物，当其与乙烯基单体（最常用的为苯乙烯）按一定比例混合，在有机过氧化物引发剂（如：过氧化苯甲酰）存在下即可发生共聚反应而交联，由线形结构转化为体形结构，加入促进剂（如：叔胺）可使固化反应在常温下进行。通过改变缩聚反应中所用的二元酸、二元醇及乙烯基单体的品种和配比，可使得制备的树脂的性能在广阔的范围内变动，以赋予产品不同的性能和用途。

不饱和聚酯树脂的突出优点是能在常压常温下固化，或在使用过程中发生交联，可用作塑料、胶泥、层压塑料等。以玻璃纤维为填料的不饱和聚酯树脂增强塑料（俗称为玻璃钢）具有优异的机械性能及防腐蚀性能，可代替金属用于化学工业、汽车工业、航空工业、建筑工业、造船工业等许多部门。

三、试剂与仪器

1、试剂与配比

表1 试剂与配比

试剂配比

顺丁烯二酸酐（化学纯）33份16.5g

邻苯二甲酸酐（化学纯）50份25g

丙二醇（化学纯）56.5份28.25g

2、主要仪器

三口烧瓶、烧杯、量筒、温度计（250℃）、球形冷凝管、可调式电加热套、台式天平等、电搅拌器。

四、实验步骤

如图1所示安装实验仪器，在干燥的三口烧瓶中，顺次加入计量的顺酐，苯酐和丙二醇，开始缓慢加热，同时在球形冷凝管内通冷却水，在15分钟内升温到80℃，充分搅拌，再用45分钟将温度升到160℃。以后在1小时内将温度升到190-200℃，并在此温度下维持反应1小时，停止加热，反应结束。实验流程见图2。

图1 制备不饱和聚酯树脂仪器安装

图2 实验流程

五、注意事项

1、合成树脂时，N2进入反应瓶前要经过干燥装置，为了防止空气进入引起不饱和双键等氧化而着色，通N2速率尽量保持稳定。

2、升温不能过快，否则会导致丙二醇的逸失，使粘度增大而酸值高。所以蒸馏头温度＜102℃（蒸馏头装于回流冷凝器顶部），如温度低于190℃时，酯化反应太慢，高于200℃时易使树脂凝胶化。因此反应温度以190-200℃范围为宜。

六、实验现象记录

实验时，每隔2min测定1次反应体系的温度，绘制出实际反应体系温度随反应时间的变化关系（即实际升温曲线）以及理想升温曲线（具体的理想升温过程见图2），如下图3：

图3 升温曲线

随着实验的进行：

1、在加热搅拌过程中，固体逐渐熔融，最后变为黄色液体。

2、当反应温度达到160℃左右时，维持不变，原因是反应装置中无除水装置，达到沸点后温度不再变化；此时应将冷凝回流装置除去以使温度继续上升至190—200℃.

3、反应结束后得到淡黄色粘稠状液体。

七、 思考题

1、 计算树脂合成配方中羟基与羧基哪者过量？过量多少怎么定？

顺丁烯二酸酐的的分子量是98.06，所以其物质的量是0.168mol ；邻苯二甲酸酐的分子量为148.11，所以其物质的量是0.169mol ；丙二醇的分子量为76.09，所以其物质的量是0.372。

因为()20.1680.1690.67420.3720.744⨯+=<⨯=，所以羟基过量。

过量多少要根据制备产品的性能要求来定。

2、 酸值的意义？为什么用酸值来判定反应的终点？

酸值是衡量反应进行程度的指标。酸值的意义为中和1g 树脂所需氢氧化钾的毫克数，以“mg KOH/g ”为单位。酸值越小，说明反应程度越高。

3、 树脂合成时为什么要逐步升温？分析温度对反应的影响？

逐步升温是为了使固体酸酐充分溶解，且又不会使丙二醇损失。反应过程中，升温不能过快，否则会导致丙二醇的逸失，使粘度增大而酸值高。所以蒸馏头温度＜102℃（蒸馏头装于回流冷凝器顶部），如温度低于190℃时，酯化反应太慢，高于200℃时易使树脂凝胶化。因此反应温度以190-200℃范围为宜。