乙烯基酯树脂的开发与应用

1、乙烯基酯树脂的开发与应用杜葆光乙烯基酯树脂自六十年代末问世至今已有三十余年的历史，由于乙烯基酯树脂具有优良的耐蚀性和施工工艺性，八十年代起乙烯基酯 树脂已成为国外新一代耐腐蚀树脂的代表而广泛应用于石油、化工、造纸、冶金、热电、医药、食品、交通、环保、建筑等行业。国内乙烯基酯树脂在七十年代末开始生产，但由于产品价格较高、普及宣传不够等原因，至今生产量仍较少，推广应用仍不够理想。据报道1 一九九九年我国乙烯基酯树脂主要生产厂的生产、销售量如下：上海新华树脂3 0 0吨 TOC o 1-5 h z 华东理工大学华昌聚合物公司400吨江阴第二合成化工厂6 3 0吨丹阳市星火精细化工厂3 0 0吨南通明

2、佳聚合物公司115吨无锡市树脂厂80吨无锡光明化工厂2 5 0吨美国陶氏化学公司在华销量500吨总计：2 4 7 5吨从以上数量可以看出，我国乙烯基酯树脂的应用与国际接轨仍有较大差距。无锡光明化工厂开发生产乙烯基酯树脂始于一九九四年，作为环氧树脂生产厂，用环氧树脂为原料进一步开发生产乙烯基酯树脂， 对降低成本，进而降低产品销售价格以适应市场具有明显的优势。近年来，我厂组织科研力量、加大了乙烯基酯树脂开发力度并得到上 海交通大学等高校、科研机构的专家教授的帮助指导，已初步完成了产品的系列化。1乙烯基酯树脂及合成工艺乙烯基酯树脂是用不饱和一元酸与环氧化合物加成制得的在端基带有不饱和双键的一类聚合物

3、。常用的不饱和一元酸有烯酸、甲基 丙烯酸等，常用的环氧化合物为环氧树脂。乙烯基酯树脂的合成通常在不锈钢反应釜内进行，合成工艺路线如下：2乙烯基酯树脂的分类选择不同的环氧化合物和不同的不饱和一元酸为反应物，加上采用不同化合物改性，使乙烯基酯树脂成为一大类品种繁多的树脂系 列。可采用的环氧化合物有双酚A环氧树脂及其同系物、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂、四漠双酚环氧树脂、二环氧化聚氧化丙烯等 等；不饱和一元酸有丙烯酸、甲基丙烯酸、苯基丙烯酸、丁烯酸等。环氧化合物与不饱和一元酸反应，结果产生侧羟基，该基团能与酸酐、异氰酸酯等反应，因而乙烯基树脂可进一步改性而得到不同的 产品。目前已实现工业化批量生产的

4、基本本类型如下。2.1双酚人环氧丙烯酸类其分子结构式为： TOC o 1-5 h z OHOHr III |-COOKH 2CH CH3- 一誉一 f -0 - CH2-CH 2- ao C -HC=CHich32.2双酚人环氧甲基丙烯酸类其分子结构式为：2.3酚醛环氧乙烯基类其分子结构式如下:OHCHnpHCH:OHCHa|rI| q|och-ch-chooc -e=cnoch ch-chooc -c=chochch-cooc -c=chc4A洒 一L%3乙烯基树脂的性能特点由于乙烯基酯树脂由环氧树脂与不饱和一元酸加聚而成，因而其兼有不饱和聚酯树脂与环氧树脂两种树脂之优点。其主要特点是：其

5、工艺性能与不饱和聚酯树脂一样，树脂粘度低，操作方便，可用引发剂、促进剂常温固化，施工不受季节限制。树脂中含有羟基（一OH）, 对玻璃纤维等有优良的浸润性和粘结力。乙烯基酯树脂具有较高的热变形温度，改性的乙烯基酯树脂可增加韧性，提高延伸率。乙烯基酯树脂具有优良的耐腐蚀性能，耐碱性与环氧树脂相似，耐酸性及抗氧化性与双酚A不饱和聚酯树脂相似，交联密度高的乙 烯基酯树脂有良好的耐溶剂性。此外，乙烯基酯树脂可采用光固化工艺固化，可提高生产效率，节约能源，提高产品质 量。4乙烯基酯树脂的理化性能4.1乙烯基酯树脂的物理力学性能乙烯基酯树脂的物理力学性能见表项目类型双酚A丙烯酸型 乙烯基酯树脂双酚A甲基丙烯

6、酸型 乙烯基酯树脂酚醛环氧型 乙烯基酯树脂抗拉强度（Mpa）60-9040-9070-80浇弯曲强度（Mpa）110-150120-150130-140铸抗压强度（Mpa）110-120110-120130-150冲击强度（KJ/m2）5-84-82-4体玻璃化温度（C）-90120-150热变形温度（C）-80-100120-150玻抗拉强度（Mpa）280-320250-300280-320弯曲强度（Mpa）350-500350-450300-400璃抗压强度（Mpa）200-300钢冲击强度（KJ/m2）8-126-10树脂抗拉强度（Mpa） 9 9胶泥抗压强度（Mpa） 70 704.

7、2乙烯基酯树脂的耐化学药品性乙烯基酯树脂的耐化学药品性见表介质及浓度长期耐温性介质及浓度长期耐温性双酚A丙烯酸型双酚A甲基 丙烯酸型酚醛环氧型双酚A 丙烯酸 型双酚A甲 基丙烯酸 型酚醛环氧 型75%硫酸常温，耐45 C，耐饱和氯水V80C 耐V100C耐70%硫酸80C，耐80 C，耐5 %氢氧化 钠常温，耐V100C耐V100C耐25%硫酸常温， 耐V100C 耐V110C耐30%氢氧化 钠常温，耐常温，耐常温，耐37%盐酸常温， 耐60 C，耐80 C，耐35%碳酸钠V80C 耐V80C 耐40%硝酸不耐不耐常温，耐氨水，气相常温，耐常温，耐20%硝酸V45C 耐V60C 耐氨水，气液不

8、耐不耐不耐5%硝酸常温， 耐V60C 耐V80C 耐二甲苯常温，耐V45C 耐30%铬酸常温，耐常温，耐95%乙醇常温，耐常温，耐75%醋酸V60C 耐V60C 耐乙二醇V100C耐V100C耐25%醋酸V100C 耐V100C耐苯酚不耐常温，耐冰醋酸不耐不耐常温，耐尿素60 C耐60 C耐20%氢氟酸常温，耐常温，耐汽油80 C耐80 C耐10%氢氟酸V60C 耐V60C 耐烟道气V160C耐V200C耐18%次氯酸 钠V80C 耐V80C 耐锌电解液V60C 耐V60C 耐30%过氧化 氢V60C 耐V60C 耐镍电解液V80C 耐V80C 耐5化学结构与树脂性能的关系树脂的性能主要是指其

9、物理力学性能与耐化学药品性，它与树脂的化学分子结构密切相关。树脂固化物的强度、耐热性，与树脂分子主链中的主要基团的结构、树脂的交联密度有关。树脂的耐化学药品性即耐水、酸、碱、盐、 溶剂的性能与组成其分子的各基团的种类及树脂的交联密度有关。现将双酚A型乙烯基酯树脂为例加以说明。Ir|I|I-coo -J-CUi CH CH, 0 -CH,CH-CH,ooc 一匚=匚用CH】、在以上双酚A型乙烯基酯树脂的分子中，-O-f-o-泄基团结构稳定，提供刚性、热稳定性；酯基（一C 一。一）易受碱、水的侵蚀；醚键（一。一）化学稳定性好；R （常为一CH3）基团对酯 基有屏蔽保护作用，使其不易水解；羟基（一O

10、H）的存在增强了树脂的浸润性和粘结力；乙烯基酯树脂的活性交联点（双键）位于分子 端部，易于交联反应，因而乙烯基酯树脂的固化度比不饱和聚酯树脂的固化度高，这就进一步提高了树脂的耐蚀性。交联点等作一横向比较。下面再以五种树脂的化学结构、酯基含量、（1）邻苯型不饱和聚酯（酯基数量3 n个）：CH3Ih-o-ch-ch2 -o-c-ch= ch c -o -ch -ch 2- o- C C -40H（2）间苯型不饱和聚酯（酯基数量3 n个）:H-0II*窖 NO-CHCH, - 0-CCH = CH -C -0 -CH -C H 0 - C0II c-双酚人型不饱和聚酯(酯基数量2n+1个)：Q 9件

11、 馅Q vHO-C-CH-CH-C - -CH -CH3 -Q -/-0-CH3 -CH-Q-C-CH =CH-C-0 双酚A型乙烯基酯(酯基数量2个，交联点2个)： TOC o 1-5 h z 0H平，OHCH：I|I|I如?= -COC -CH-, CH_ o- Q0CH-CH-CH-,ooc -q =匚玦CHjn（5）酚醛环氧乙烯基酯（酯基数量n+2个，交联点n+2个）：以上五种树脂的耐化学药品性、耐热性（除双酚A不饱和聚酯与双酚A乙烯基酯耐热性相仿外）呈现从上而下逐个递增 的趋势。其原因是：五种树脂中酯基含量（除邻苯型、间苯型不饱和聚酯相同外）从上而下逐个递减。从理论上分析，树脂中酯基

12、含 量的高低对耐水性、耐碱性影响很大，实践结果也证实了这一点。树脂固化物与碱、水接触而遭受侵蚀的反应为： TOC o 1-5 h z OOIIIIR1CO R2 + NaOH R1CO Na + R2OHOOIIR1CO R2 +H2O R1COH + R2OH据报道，当树脂中酯基含量降低一半时，耐水时间增加近20倍。从以上分子结构可以看出，不饱和聚酯树脂中的酯基重复出现在主链中，且数量多，而乙烯基酯树脂的酯基仅仅在主链的末端，且 只有2个。间苯型不饱和聚酯树脂酯基含量89x10-3mol/ml，双酚人型不饱和聚酯树脂酯基含量2.6-3.4x10-3 mol/ml,而双酚人型乙烯基 酯树脂的含

13、量为 1.21.6x10-3mol/ml。3邻苯型和间苯型不饱和聚酯树脂酯基含量一样，但间苯型不饱和聚酯树脂的耐化学药品性、耐热性优于邻苯型的，这是因为间苯型 的酯基分子间距大，受到了位阻效应保护而致。树脂固化物的耐热性与其结构中骨架基团的稳定性及树脂交联密度有关，后三种树脂中含有双酚A、苯环等骨架，因而具有较高的 耐热性。酚醛环氧乙烯基酯除含有多个稳定的苯环结构外且端基有多个双键，其交联密度最大，因而其耐热性最高，耐化学药品性最好。6乙烯基酯树脂的固化体系乙烯基酯树脂的固化与不饱和聚酯一样，是通过引发剂产生的游离基激活树脂及交联剂（苯乙烯）中的双键，使树脂加聚反应而固 化。一般采用有机过氧化

14、物为引发剂，用钻盐、胺类化合物为促进剂。最常用的两种固化体系为：（1）过氧化甲乙酮/环烷酸钻（或辛酸钻）（2）过氧化二苯甲酰/二甲基苯胺实用时引发剂过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰均已先与邻苯二甲酸二丁酯按一定比例工厂化混合配制好；促进剂环烷酸钻、二甲基 苯胺也同样用苯乙烯稀释配制好。一般使用配方为：（1）乙烯基酯树脂100 /过氧化甲乙酮24 /环烷酸钻14（2）乙烯基酯树脂100 /过氧化二苯甲酰24 /二甲基苯胺13配方（1）固化速度比配方（2）快，而配方（2）后固化优于配方（1）。有报导4认为配方（2）固化物的耐蚀性优于配方（1）的。由于用户具体使用时环境温度、加工工艺等各不相同，会对树脂

15、凝胶时间的长短有不同的要求，这就需要对引发剂、促进剂的品种、 加入量的大小等作相应的选择和调整。需要较快固化的可选择配方（2）。需快速固化或在低温、潮湿情况下可选择复合固化体系，如乙 烯基酯树脂100 /过氧化甲乙酮2 /环烷酸钻3 /二甲基苯胺0.5，乙烯基酯树脂100 /过氧化甲乙酮1 /二甲基苯胺0.5/过氧化二苯甲酰 1/环烷酸钻0.5。在缠绕成型时，当需要有较长凝胶时间时可采用配方（1），并减少引发剂、促进剂的用量，如采用配方：乙烯基酯树脂 100 /过氧化甲乙酮1 /环烷酸钻0.5，在20C时胶凝时间为2.5小时，但须指出，如期望制品达到最佳性能，常温固化后应再经100C,2小时

16、的热处理。7 BR T乙烯基酯树脂系列产品无锡光明化工厂开发生产的BRIGHT乙烯基酯树脂系列见下表:类型牌号相当或相似牌号特点、用途双酚A丙烯酸BRT2000环氧丙烯酸酯树脂不含苯乙烯，用于光固化涂料BRT20013200改性树脂，使用温度80C，用于化工防腐蚀、玻璃钢等。BRT20023201改性树脂，使用温度80C，用于化工防腐蚀、玻璃钢等。双酚A甲基丙烯酸BRT3000未改性基础树脂，使用温度90C，BRT3001改性树脂，使用温度100C，用于化工防腐蚀、玻璃钢等。BRT3002DERAKANE411改性树脂，使用温度100C，用于化工防腐蚀、玻璃钢等。BRT3003HETRON92

17、2HETRONR806酯基含量低，具有优异的耐酸性，突出的耐碱性， 韧性好，使用温度100C，用于化工防腐蚀、玻璃 钢等。酚醛环氧乙烯基酯BRT4000HETRON970DERAKANE470使用温度120 C，耐蚀性好，耐溶剂性好，用于腐蚀条件苛刻，温度较高的场合8乙烯基酯树脂的应用8.1玻璃钢制品和衬里乙烯基酯树脂常用于有较高耐温要求、较强腐蚀条件的玻璃钢制品，如制作大型的玻璃钢贮罐、槽车、塔器、管道、风机等。需防 腐蚀的钢制容器，混凝土槽等也常用乙烯基酯树脂玻璃钢作内衬。扬子公司PTA污水处理装置酸化沉淀池，介质为PTA污水，污水中含有醋酸、对苯二甲酸、氯化物、稀硫酸、氢氧化钠、微量二甲

18、 苯等，PH值213,工作温度4096C。原用双酚A不饱和聚酯玻璃钢内衬遭腐蚀破坏，后改用双酚A乙烯基酯树脂使用效果良好。扬 子公司乙二醇装置混凝土污水池，污水中含有碳酸盐等，也采用了双酚A乙烯基酯树脂玻璃钢内衬防腐获得满意效果。大化肥尿素造粒塔内壁在60年代中期用涂料防腐，尿素对混凝土壁的结晶腐蚀非常严重。1969年四川泸州天然气化工厂率先用环氧 玻璃钢内衬防腐获得成功。但环氧树脂粘度大，施工不便，近年来已开始用乙烯基酯树脂代替环氧树脂，用于尿素造粒塔内壁防腐5。由于乙烯基酯树脂有很好的强度、耐腐蚀性和耐温性，因而可用它来制作胶衣树脂，用作人造玛瑙、大理石、卫生洁具等高档制品的 胶衣。为了提

19、高乙烯基酯树脂的触变性和粘度，可加入气相白碳黑，再配合加入少量的极性添加剂，如甘油，BYK605等。8.2树脂胶泥、砂浆用乙烯基酯树脂配制的胶泥、砂浆可用于耐蚀砖板的内衬、铺砌、勾缝，也可用于耐腐蚀树脂砂浆整体地面。如北京化工二厂氯碱工程 碱蒸发地面，介质为氢氧化钠，浓度30%，采用乙烯基酯树脂砂浆做整体地面，中国和平建筑公司等施工单位在如何降低树脂砂浆的收 缩等方面总结了一定经验。8.3涂料8.3.1光固化涂料乙烯基酯树脂在有苯醌、苯偶姻醚等光引发剂存在下，经紫外线照射，能引发交联固化，且固化速度极快，可以以秒计。利用这种特 性制成的乙烯基光固化涂料节省能源，大大提高生产效率，具有良好的应用前景。8.3.2鳞片涂料用乙烯基酯树脂与玻璃鳞片等制成的鳞