簡 介:
自由基引發劑,簡稱引發劑。指一類容易受熱分解成自由基(即初級自由基)的化合物,可用于引發烯類、雙烯類單體的自由基聚合和共聚合反應,也可用于不飽和聚酯的交聯固化和高分子交聯反應。
引發劑一般是帶有弱鍵、易分解成活性種的化合物,其中共價鍵有均裂和異裂兩種形式,又稱啟動劑。引發劑能引發單體進行聚合反應的物質。不飽和單體聚合活性中心有自由基型、陰離子型、陽離子型和配位化合物等,目前在膠黏劑工業中應用最多的是自由基型,它表現出獨特的化學活性,在熱或光的作用下發生共價鍵均裂而生成兩個自由基,能夠引發聚合反應。
引發劑在膠黏劑和密封劑的研究和生產中作用很大,丙烯酸酯溶劑聚合制備壓敏膠,醋酸乙烯溶劑聚合制造建筑膠和建筑密封膠,合成苯丙乳液、乙丙乳液、VAE乳液、丁苯膠乳、氯丁膠乳、白乳膠等,接枝氯丁膠黏劑,不飽和聚酯樹脂交聯固化,厭氧膠固化,快固丙烯酸酯結構膠黏劑固化等都必須使用引發劑。引發劑可以直接影響聚合反應過程能否順利進行,也會影響聚合反應速率,還會影響產品的儲存期。
分 類:
Ø 偶氮類引發劑
偶氮化合物是分子結構中含有偶氮基—N=N—并與兩個烷基(R,R')相連的化合物。通式為R—N=N—R',它可在光和熱作用下分解而放出氮氣、同時生成自由基。因此它是一類重要的聚合引發劑和發泡劑。許多偶氮化合物還是某些染料的中間體。一般可由重氮鹽和酚或芳香胺偶合而制得。
常用的有油溶性的偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和偶氮二異丁酸二甲酯引發劑等,帶羧基、磺酸基等親水基團的偶氮化合物適用于水溶液聚合,水溶性的有偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(V-50引發劑),適用于中溫引發分解反應。
1. 偶氮二異丁腈(ABIN)
物化性質:
① 白色柱狀結晶,不溶于水,溶于有機溶劑,室溫下比較穩定,可在純粹狀態貯存;
② 在80-90 ℃急劇分解,100 ℃有爆炸著火的危險;
③ 有一定的毒性,屬于溶劑型引發劑;
特點:
分解均勻,只產生一種自由基,無其它副反應,分解速率較低,屬于低活性引發劑。
2. 偶氮二異庚腈(ABVN)
物化性質:
① 相對分子質量248.36,分解活化能Ed=121.3 KJ/moL;
② 易燃、易爆,在室溫30 ℃中15天即可分解失效,因此必須貯存于10 ℃以下的冰箱中,不便運輸,不便在實驗中應用;
③ 屬于溶劑型引發劑。
特點:
分解速率高,屬于高活性引發劑。
偶氮類引發劑適用于本體聚合、懸浮聚合和溶液聚合。
Ø 有機過氧類引發劑
把過氧化氫HOOH看作是有機過氧類引發劑的母體,其中一個H原子被有機基團取代:R-OOH稱為氫過氧類引發劑。若其中兩個H原子都被有機基團取代:R-OO-R,有過氧化二酰類、過氧化二烷基類和過氧化二酯類引發劑。
1. 氫過氧類引發劑
氫過氧類引發劑中主要有氫過氧化異丙苯、氫過氧化特丁基和氫過氧化對孟烷。
① 氫過氧化異丙苯的結構式與分解反應式
② 氫過氧化特(叔)的結構式與分解反應式
③ 氫過氧化對孟烷的結構式與分解反應式
氫過氧化類引發劑溶于水,屬于水溶性引發劑,一般用于乳液聚合和水溶液聚合。
2. 過氧化二酰類引發劑
該類引發劑優過氧化二苯甲酰和過氧化十二酰
① 過氧化二苯甲酰(BPO)的結構式與分解反應式
物化性質:
性對分子質量242,分解活化能Ed=124.3 KJ/moL;
白色粉末,干品極不穩定,加熱時易引起爆炸,不溶于水,溶于有機溶劑;
屬于溶劑型引發劑;
貯存時加20 %-30 %的水。
特點:
分解速率較慢,屬于低活性引發劑。
② 過氧化十二酰(LPO)的結構式與分解反應式
屬于油溶性、低活性引發劑,適用于本體聚合、懸浮聚合和溶液聚合。
3. 過氧化二烷基類引發劑
過氧化二烷基類引發劑主要有過氧化二特丁基和過氧化二異丙苯。
① 過氧化二特丁基的結構式與分解反應式
② 過氧化二異丙苯的結構式與分解反應式
屬于油溶性、低活性引發劑,適用于本體聚合、懸浮聚合和溶液聚合。
4. 過氧化二酯類引發劑
過氧化二酯類引發劑主要是過氧化二碳酸二異丙酯。
過氧化二碳酸二異丙酯的結構式與分解反應式:
屬于油溶性、高活性引發劑,適用于本體聚合、懸浮聚合和溶液聚合。
Ø 無機過氧類引發劑
過氧化氫HOOH是無機過氧類引發劑中最簡單的一種,但其分解活化能較高Ed=220 KJ/moL,分解溫度高于100 ℃,很少單獨使用。一般要和還原劑組成氧化-還原引發劑。過硫酸鉀與過硫酸銨較為常見。
Ø 氧化-還原引發劑
在過氧類引發劑中加上還原劑,通過氧化-還原反應產生自由基。利用氧化-還原引發劑可降低分解活化能,從而可以使聚合反應在較低的溫度下進行,有利于節省能源,可改善聚合物性能。
氧化-還原引發劑根據其是否溶于水,分為水溶性氧化-還原引發劑和油溶性氧化-還原引發劑。
1. 水溶性氧化-還原引發劑(水體系)
溶于水的氧化-還原引發劑稱為水溶性氧化-還原引發劑。其中氧化劑一般選用二價鐵鹽、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、醇和多元胺等。
2. 油溶性氧化-還原引發劑
不溶于水,而溶于有機溶劑的氧化-還原引發劑,稱為油溶性氧化-還原引發劑(油體系)。其中氧化劑一般選用有機過氧類引發劑,還原劑一般選用叔胺、環烷酸亞鐵鹽和硫酸等。
選用原則:
Ø 根據溶解性選擇引發劑
溶解性是選擇引發劑的一個很重要條件,引發劑要求與聚合物有較好的相溶性。在乳液聚合中,應選擇過硫酸鹽類水溶性較好的引發劑。當乳液聚合需要用氧化-還原引發劑時,氧化劑可以是水溶性的也可以是油溶性的,但還原劑一般是水溶性的。 對于溶于水的單體宜選用水溶性引發劑。
Ø 根據聚合溫度選擇復合引發劑
根據聚合溫度選擇活性或半衰期的引發劑,使自由基形成速率和聚合速率適中。引發劑分解活化能過高或半衰期過長,則分解速率過低,將使聚合時間延長;但活化能過低,半衰期過短,則引發過快,難于控溫,有可能引起爆聚,將使聚合時間延長或引發劑過早分解結束,在轉化率很低時就停止聚合。所以一般應選擇半衰期與聚合時間同數量級或相當的引發劑。通常選擇復合引發劑可使反應在較均勻的速度下進行。
Ø 根據pH值選擇引發劑
在乳液聚合中采用氧化還原引發劑時應根據反應介質的PH值來選擇合適的引發劑二因為pH值能影響氧化還原的電位,從而影響氧化還原的速率。有些氧化還原引發劑只有在一定的pH值范圍內才能起引發劑的作用,超過這一范圍就無引發作用。 另外,引發劑應與聚合物體系的其它組分無副作用。