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La polimerizzazione cationica si riferisce al termine generale per le reazioni di polimerizzazione avviate dai cationi, che presentano i vantaggi della velocità di polimerizzazione rapida, dell'alta efficienza e del basso consumo energetico, e sono un metodo di polimerizzazione verde ed ecologico ampiamente utilizzato in rivestimenti, inchiostri, adesivi, imballaggi elettronici e altri campi.
Le resine epossidiche cicloalifatiche sono molto facili da subire polimerizzazione cationica grazie alla loro speciale struttura chimica, rispetto alla normale resina epossidica bisfenolo A. Il meccanismo di reazione è il seguente:
Il processo di reazione della polimerizzazione cationica è principalmente suddiviso in tre fasi: inizio della catena, crescita della catena e terminazione della catena. Ecco un esempio del meccanismo di polimerizzazione cationica delle resine epossidiche cicloalifatiche utilizzando il sale di difeniliodonio come iniziatore:
L'iniziatore si decompone in condizioni di irradiazione o riscaldamento per produrre cationi, radicali liberi e coppie di cationi di radicali liberi. Tra questi, i cationi e le coppie di cationi di radicali liberi reagiscono con monomeri o solventi nella miscela di reazione per generare acidi protonici. L'acido protonico avvia la polimerizzazione cationica ad apertura degli anelli dei monomeri epossidici. Il processo specifico è mostrato nella figura seguente:
La polimerizzazione cationica può essere avviata dalla luce o dal calore. Ad eccezione delle diverse condizioni di iniziazione, le differenze nella selezione dell'iniziatore e nel meccanismo di reazione tra questi due metodi di iniziazione sono fondamentalmente le stesse. Qui, discutiamo l'inizio termico della polimerizzazione cationica. L'inizio termico della polimerizzazione cationica non è limitato dalla sorgente luminosa, evitando vincoli in termini di dimensione del campione, spessore, forma ed è ampiamente utilizzato in adesivi, imballaggi elettronici e altri campi.
Il sistema di iniziazione termica della polimerizzazione cationica è costituito principalmente da monomeri, iniziatori e condizioni di iniziazione (fonti di calore). In questo sistema, le resine epossidiche cicloalifatiche possono essere selezionate principalmente come monomeri. Inoltre, il tipo, la quantità e il cambiamento degli iniziatori e delle condizioni di iniziazione influenzeranno il tasso di polimerizzazione. Generalmente, la quantità di aggiunta dell'iniziatore è dello 0, 1-2 wt % e all'interno di questo intervallo, all'aumentare della quantità di aggiunta dell'iniziatore, la velocità di reazione aumenta. Tuttavia, se la quantità di iniziatore è troppo alta, non solo non ci sarà alcun miglioramento significativo nella velocità di reazione, ma influenzerà anche le prestazioni del prodotto stagionato, come ingiallimento, deformazione e fragilità. Aumentare la temperatura di reazione accelererà la velocità di indurimento e più lungo è il tempo di riscaldamento, più completa è l'indurimento.
Questo problema conduce esperimenti di valutazione delle prestazioni di correlazione sul tipico prodotto rappresentativo TTA21 di Jiangsu Tetra e sull'iniziatore cationico a attivazione termica e lo confronta con il sistema di polimerizzazione dell'anidride e il sistema epossidico bisfenolo A. L'anidride scelta è l'anidride metil esaidroftalica (MHHPA) e il bisfenolo Una resina epossidica scelta è la resina EP128.
Figura 1. Confronto delle curve di rilascio di calore DSC del sistema termico TTA21 cationico/anidride
Dalla Figura 1, possiamo vedere che il calore di reazione dell'indurimento cationico termico TTA21 è concentrato e la temperatura di inizio e la temperatura di picco del rilascio di calore sono entrambe basse, indicando che l'indurimento cationico termico TTA21 ha una maggiore attività di reazione rispetto alla polimerizzazione con anidride, E può completare la reazione di indurimento a temperatura più bassa e in un tempo più breve.
Figura 2. Confronto delle curve di rilascio del calore DSC della polimerizzazione cationica termica TTA21 /EP128
Dalla Figura 2, si può vedere che TTA21 è molto più alto di EP128 in termini di attività di reazione cationica termica, indicando che la resina epossidica cicloalifatica è più adatta per la polimerizzazione cationica termica, mentre l'attività di reazione cationica termica del bisfenolo A epossidico è bassa e, a causa della sua alta viscosità, Non è adatto a polimerizzazione cationica termica nelle applicazioni reali di produzione.
La seguente tabella 1 mostra i dati di base sulle prestazioni di TTA21 ed EP128 nella polimerizzazione cationica termica. Ciò dimostra che TTA21 è adatto per l'indurimento cationico termico mentre EP128 non è adatto per l'indurimento cationico termico.
Tabella 1. Confronto dei dati prestazionali di base di TTA21 ed EP128 nella polimerizzazione cationica termica
La composizione di base della formula di prova è: resina epossidica/iniziatore cationico termico = 100/0.5
In sintesi, la resina epossidica cicloalifatica TTA21 è adatta per la polimerizzazione cationica termica grazie alla sua speciale struttura chimica, all'elevata attività di reazione, alla velocità di polimerizzazione rapida, all'elevata resistenza dell'adesivo e alle eccellenti prestazioni di polimerizzazione.
