合成树脂如何控制交联度

A. DVB的DVB-树脂交联度

聚苯乙烯型离子交换树脂，是苯乙烯与二乙烯苯（DVB）经悬浮聚制而成。DVB是交联剂。它使合成树脂具有所希望的空间交联结构和所要求的孔隙率。树脂的交联度以用DVB的百分比表示。如：001×7树脂，其交联度是7%，即含7%的DVB。
树脂交联度是离子交换树脂的重要结构参数。它与树脂的交换容量、选择性、溶胀性、微孔尺寸、含水量、稳定性等密切相关.

B. 树脂固化过程中，交联度和固化程度一样吗

您好！

对热固性聚合物体系，其固化反应进行的程度，固化交联后交联点间的聚合物链段的长度（即交联密度）等数据，和材料设计中固化体系的选择，固化条件的选择及制备后热固性材料的使用性能密切相关。为了获得最佳性能的热固性高分子材料，选择最佳的热固性高分子材料的加工工艺，需要表征交联度和固化交联的反应程度。可以说，两者反映的是一致的。

表征方法及原理

1.交联度

在支化的高分子中，支链之间没有化学键的结合。在理论上它们结构上仍近似与线型高分子：可以溶解和熔融。但当同一或不同高分子的侧链之间形成化学键连接后，高分子形成类似网络状的结构。网络的大小取决于高分子支链之间以化学键交联的数量。高分子可以通过交联形成超分子的独立网络。两个独立互穿的网络叫做互穿网络，非交联的高分子与交联的网络互穿称为半互穿网络。高分子交联后，分子的旋转和运动受到极大的限制，并由此提高高分子聚合物在宏观上的强度和刚度。此外，交联的高分子材料还拥有“记忆”效应。当含有足够高交联程度的聚合物受拉伸长时，交联的链段阻止链间的滑移，链段仅能伸直；但当外力去除后，链段回复至原位。硫化橡胶是高分子交联后性质变化并具有“记忆”效应的一个直观的例子。

高分子的交联程度用交联度表示。交联度通常被定义为：相临两个交联点的平均相对分子量 。

2.交联度的试验分析方法

2.1溶胀平衡法

交联聚合物因其内部的网络在溶剂中不能溶解，但能产生一定程度的溶胀，溶胀程度取决于网络的交联程度。溶剂分子进入高分子聚合物交联而成的三维网络时，将引起三维分子网的伸展而使交联体系体积膨胀。交联网的伸展导致交联点间高分子链构象熵的降低，从而使交联网产生弹性收缩力，这种收缩力的大小取决于交联聚合物中两交联点间高分子链段的平均分子量值。当溶剂的溶胀力和交联链段的收缩力相平衡时，体系达到了溶胀平衡状态，测出这时的溶胀度Q值，即可计算出聚合物交联点间的高分子链段的平均分子量值。显然，值越大，表明该交联聚合物的交联程度越小（交联密度越小）。

溶胀平衡实验应在恒温条件下进行。

2.2 动态扭振法

用动态扭振法，（使用“树脂固化测定仪”（HLX-Ⅱ）），对正在进行固化反应的树脂以一定速率施以小角度扭振，测定为维持这种扭振所必须施加的扭矩的变化，随着固化反应的进行，树脂的模量变大，施加的扭矩也随之增加，直至施加扭矩不再增加为止。随测试时间的增加而得出的扭矩的变化图可以被视为树脂的固化曲线图。

动态扭振法适于测定热固性高分子聚合物的固化过程，并可以间接地评价热固性聚合物的交联度。

所用仪器

树脂固化测定仪 HLX-Ⅱ

参考文献

1． 焦剑，雷渭媛，“高聚物结构、性能与测试”化学工业出版社。2003年5月（第1版）
2． 金日光，华幼卿，“高分子物理”化学工业出版社。2000年1月（第2版）

C. 如何提高离子交换树脂的交联度

苯乙烯和二乙烯苯聚合反应生成树脂中间体，俗称树脂白球。苯乙烯为骨架回，二乙烯苯则为交联答剂，交联剂的含量多少直接会影响树脂成品的机械强度，交联度越高说明树脂的机械强度就越高。就拿常规的001x7阳离子交换树脂来说吧，它的交联剂含量就是7%二乙烯苯。提高交联剂的含量同时成品的其它指标也会有一定的变化，如：结构水含量，体积交换量，质量交换量，湿视密度，都会有一定的变化。

D. 如何提高离子交换树脂的交联度

增加DVB的数量或使用更高浓度的DVB交联。

E. 如何控制不饱和聚酯树脂的交联程度

1、生产过程中通过酸值控制分子量。
2、稀释过程中通过苯乙烯加入的多少来控制 相分离。
3、固化剂的选择，含水率会直接影响固化程度。
4、固化时的温度会影响分子的交联程度。

F. 如何控制尿素甲醛树脂的交联缩合

糊化现象是指树脂合成过程中出现的持续的白色浑浊现象。在三聚氰胺树脂的合成工艺中,一般有2种加料方式:一种采用一步冷加料,即一次性将甲醛和三聚氰胺加入反应釜中,然后缓慢升温;另一种是先加甲醛,然后升至一定温度再加三聚氰胺。对于后一种加料方式,有时在加完料后溶液不能澄清,而是呈白色浆状液现象。导致这种现象产生的原因有以下几点。

G. 如何控制三聚氰胺甲醛树脂的交联缩合

三聚氰胺树脂(MF)具有优良的耐水、耐热、耐老化、耐化学品腐蚀、阻燃和绝缘性能,可用于制造模塑料(日用餐具、电器)、人造板(胶合板、强化木地板以及层压塑料板)等,除此之外,还广泛地用作涂料、油漆交联剂、木材粘合剂、纸张湿强剂、纤维纺织物整理剂、水泥减水剂等。
1、合成过程中的糊化现象及原因分析
糊化现象是指树脂合成过程中出现的持续的白色浑浊现象。在三聚氰胺树脂的合成工艺中,一般有2种加料方式:一种采用一步冷加料,即一次性将甲醛和三聚氰胺加入反应釜中,然后缓慢升温;另一种是先加甲醛,然后升至一定温度再加三聚氰胺。对于后一种加料方式,有时在加完料后溶液不能澄清,而是呈白色浆状液现象。导致这种现象产生的原因有以下几点。
(1)加料快,混合反应慢。在这种情况下,三聚氰胺未来得及与甲醛反应,三聚氰胺粉末湿润膨胀受热,表面固化而无法继续溶解反应,因此呈现浑浊现象。
(2)混合反应快,而加料速度慢。这种情况下,先加入的三聚氰胺已开始和高浓度甲醛反应,羟甲基化度高,容易交联析出,随着甲醛浓度的降低,后加入的三聚氰胺羟甲基化度降低,水溶性差,也容易析出,不仅可能导致合成过程中出现浑浊现象,而且导致树脂羟甲基化不均匀,影响树脂的稳定性,还影响产品的结构和性能。
(3)另外,在正常情况下,当三聚氰胺羟甲基化结束后,溶液应变澄清,直到合成反应结束。然而,有时溶液澄清后又变成微白色浑浊,这是由于体系的pH降低了,刚生成的羟甲基之间或者羟甲基与活泼的氨基之间发生暴聚而析出沉淀;或反应太快,羟甲基三聚氰胺浓度迅速升高,容易交联而从溶液中析出。
对策
(1)保持反应速度与加料速度、搅拌速度一致。一般采取提高加料温度和搅拌速度的办法,可以避免糊化现象的发生,尤其是甲醛加量较少而三聚氰胺加量较大时须特别注意。如果采用一步冷加料法,缓慢升温,一般不会出现此现象，这也是大多数树脂合成采取这种方式的原因。
(2)控制羟甲基三聚氰胺的pH。在羟甲基
化阶段尤其要控制好反应体系的pH和反应速度,一般pH控制在8~9较好,因为羟甲基三聚氰胺在此范围比较稳定。

2、树脂稳定性差
现象
树脂的稳定性是指树脂在一定的条件下存储周期的长短。质量较好的树脂一般呈均匀透明状,无杂质,贮存稳定期长。然而,树脂在存放过程中,常常出现以下2种现象:
(1)树脂颜色由清亮逐渐变白,甚至凝结成白色固体,加热时可融化,这是由于羟甲基含量高或活性点较多,分子间容易交联,此时是以亚甲基醚键为主的线性缩聚,呈热塑性;
(2)树脂黏度逐渐增大,甚至形成不溶于水的透明凝胶,这可能是由于树脂分子量太大、温度降低、黏度增大导致水溶性变差,或树脂存放过程中继续缩聚交联形成体型大分子,导致不溶于水。
原因分析
树脂的稳定性是一个比较复杂的问题,需要从它本身的水溶性、分子量大小、是否继续反应或储存条件是否变化等方面进行分析。
三聚氰胺与甲醛的量之比(M/F)的影响
M/F不仅影响合成树脂的结构,而且影响着合成树脂的稳定性。为了提高树脂的稳定性,反应物中甲醛的含量不能太低,否则未反应的活性氨基多,容易形成亚甲基键,水溶性差,树脂不稳定;但是甲醛含量也不能太高,甲醛含量高,羟甲基含量也高,分子容易交联形成体型分子,树脂还是不稳定,而且游离甲醛含量也高。
pH的影响
如果反应温度太高、或pH太高、或存在金属离子催化剂(主要是甲醛本身自带的Al3+
和Fe3+),都可能生成甲酸,尤其是在反应体系中甲醛含量较高时,容易引起pH的波动,导致树脂不稳定,但甲醛中存在的少量甲醇可以起到抑制甲酸生成的作用。
反应时间的影响
若合成反应时间短,反应进行不充分,反应结束后不仅残存大量的游离甲醛,而且反应产物活性点较多,也会影响树脂的稳定性。
对策
(1)适当提高甲醛含量,通过醚化和磺化封闭部分活性基团,使树脂形成线形或支链型分子,而不是体型分子,以提高树脂的水溶性和稳定性。F/M的最佳值为2~4。
(2)在树脂合成前,应分析原料中金属离子、甲醇的含量,在合成过程中还需要随时监测pH。另外可以在产品储存过程中使用缓冲剂,防止pH的波动,例如加入二乙醇胺作为调碱剂和三聚氰胺胺树脂的增溶剂,提高树脂的稳定性。为了防止树脂存放时继续缩聚,还可以在反应结束后加氢氧化钠适当调高pH,这样可以降低黏度,减少游离甲醛含量,提高树脂的稳定性。
(3)反应时间控制在2.5~3h比较合适。

3、树脂中游离甲醛含量高
游离甲醛对人体有害,树脂中的游离甲醛对后续工艺的操作环境和产品质量都有影响,因此,需严加控制。树脂中的游离甲醛含量与反应物配比和羟甲基阶段的反应条件有关。一般情况下,F/M越大,反应时间越短,游离甲醛含量越高,反之则低。
为了降低游离甲醛含量,除了控制好反应条件,保持一定的反应时间外,还可以在反应结束后
加入甲醛捕捉剂,例如加双氰胺和尿素。

4、树脂成型品韧性差
问题分析
三聚氰胺树脂是一种热固性树脂。从分子结构可以看出,它是通过亚甲基键或二亚甲基醚键将三嗪环连接起来的网络结构,而六棱体的三嗪环是刚性结构,这样整个分子旋转或延伸会受到限制,所以表现出来的性能是高硬度、低韧性,其抗拉伸、撕裂和冲击性能都较弱,在一定程度上限制了其应用范围。
对策
(1)通过工艺条件控制预缩物的分子量和结构。预缩物分子量的大小反映了树脂的缩合度和交联度,树脂的缩合度和交联度会影响树脂后续的加工成型,进而影响产品的性能,尤其是韧性。比较理想的情况是,通过工艺条件的控制让树脂固化时容易形成均匀、牢固的线型结构。
(2)在树脂中引入其他改性基团。可以用三聚氰胺衍生物替代三聚氰胺合成树脂,如苯代三聚氰胺,或者用含羟基或氨基较多的直链多元醇、胺类和糖类改性剂,还有聚乙二醇、聚乙烯
醇、硫脲、有机硅等。这些改性剂在一定程度上可以起到封闭活性基团、降低聚合度、或延伸链长的作用,使反应柔性连接并降低三嗪环的密度,从而提高树脂的韧性。
在提高三聚氰胺树脂成型品韧性的同时,可能会牺牲其强度、耐湿热稳定性、耐化学溶剂等性能。因此,具体采用哪种方法,需要根据不同用途而决定,适当牺牲某方面性能以获得需要的性能。

H. 怎样降低树脂的熔体黏度

粘度是聚合物分子流动难易程度的反应，微观上对应的是分子运动时相互摩擦力的大小。
粘度的大小和分子结构相关，比如你说的支链
支链的长短对树脂的粘度影响很大，长支链容易缠结，使运动阻力增大，故粘度大；
而短支链不容易缠结，反而使分子链间的距离增大，容易运动，故粘度小。
而同样分子量的树脂，超支化的粘度最小。

I. 交联度 如何控制

交联反应也是一种化学反应，因此与反应的物质性质有很大关系，即与被交联物质和固化剂的结构（可交联基团数量）和摩尔量有密不可分的关系，同一分子中活性基团越多交联度越高。

J. 离子交换树脂的含水率与交联度有什么关系，为什么

含水率：是指树脂孔隙间所含的水份，一般在40%~69%之间。
交联度：是指树脂在合成时专，交联剂的用量，一属般在7%~10%之间。（如：二乙烯苯）

关系：交联度低，含水率高；交联度高，含水率低。

原因：交联度的高低与树脂孔隙率成反比，可理解为接触面积大，孔隙就少。而孔隙率就直接和含水量成正比，因为水份都是在孔隙之中。所以，交联度与含水率是反比关系。