引发剂

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引发剂英文为initiator ,又称 自由基引发剂 ,指一类容易受热分解成 自由基 (即 初级自由基 )的化合物,可用于引发烯类、 双烯 类单体的 自由基聚合 和共聚合反应,也可用于不饱和聚 酯 的交联固化和 高分子交联 反应。

简介

引发剂一般是带有弱键、易分解成 活性种 的化合物,其中共价键有均裂和异裂两种形式。又称 启动剂 。能使正常细胞转变为显性肿瘤细胞的化学致癌物。引发剂具有下述特点:本身有致癌性,必须在促长剂之前给予,单次接触或染毒即可产生作用,其作用可累加,而不可逆,不存在阈量;可产生亲电子物质与细胞大分子(DNA)共价结合,绝大多数为致突变物。例如,反-4-乙 酰 氨基 茋 为引发剂。

引发剂能引发单体进行聚合反应的物质。不饱和单体聚合活性中心有自由基型、阴离子型、 阳离子 型和 配位化合物 等,目前在 胶黏剂 工业中应用最多的是自由基型,它表现出独特的化学活性,在热或光的作用下发生共价键均裂而生成两个自由基,能够引发聚合反应。

引发剂在胶黏剂和 密封剂 的研究和生产中作用很大, 丙烯酸酯 溶剂聚合制备压敏胶,醋酸乙烯溶剂聚合制造 建筑胶建筑密封胶 ,合成 苯丙乳液 、乙丙乳液、VAE乳液、 丁苯胶乳氯丁胶乳白乳胶 等,接枝氯丁胶黏剂,sBs接枝胶黏剂, 不饱和聚酯树脂 交联固化,厌氧胶固化,快固丙烯酸酯结构胶黏剂固化等,都必须利用引发剂。引发剂可以直接影响聚合反应过程能否顺利进行,也会影响聚合反应速率,还会影响产品的储存期。

分类

引发剂种类很多,在胶黏剂中常用的是自由基型引发剂,包括过氧化合物引发剂和偶氮类引发剂及氧化还原引发剂等, 过氧化物引发剂 又分为有机过氧化物引发剂和无机过氧化物引发剂。

1、有机过氧化物引发剂

有机过氧化合物的结构通式为R—O—O—H或R—O—O—R,R为烷基、酰基、碳酸酯基等。.

有机过氧化合物分为如下6类

(1)酰类过氧化物(过氧化苯甲酰、过氧化 月桂 酰)。

(2)氢过氧化物( 异丙苯过氧化氢叔丁基过氧化氢 )。

(3)二烷基过氧化物(过氧化二 叔丁基过氧化二异丙苯 )。

(4)酯类过氧化物( 过氧化苯甲酸叔丁酯 、过氧化叔 戊酸 叔丁基酯).

(5) 酮 类过氧化物(过氧化甲乙酮、过氧化环己酮)。

(6)二碳酸酯过氧化物( 过氧化二碳酸二异丙酯 、过氧化二 碳酸 二环己酯)。

有机过氧化物 的活性次序为:二 碳酸酯 过氧化物>酰类过氧化物>酯类过氧化物>二烷基过氧化物>氢过氧化物。

2、无机过氧化物引发剂

无机过氧化合物因溶于水,多用于乳液和水溶液聚合反应,主要为过硫酸盐类,如 过硫酸钾过硫酸钠过硫酸铵 ,其中最为常用的是过硫酸 铵 和过硫酸钾。

3、偶氮类引发剂

偶氮类引发剂有 偶氮二异丁腈偶氮二异庚腈 ,属低活性引发剂。常用的为偶氮二异丁腈,使用温度范围50~65℃,分解均匀,只形成一种自由基,无其他副反应。比较稳定,纯粹状态可安全储存,但在80~90℃也急剧分解。其缺点是分解速率较低,形成的异丁腈自由基缺乏脱氢能力,故不能用作接枝聚合的引发剂。

偶氮二异庚腈活性较大, 引发效率 高,可以取代偶氮二异丁腈。而偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)引发活性适中,聚合反应易控,聚合过程无残渣,产品转化率高,分解产物无害,是偶氮二异丁腈(AIBN)的最佳替代品。

4、氧化还原引发剂

过氧化物引发剂和偶氮类引发剂分解温度较高(50~100℃),限制了在低温聚合反应的应用。氧化还原引发体系是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应。因此氧化还原引发剂较之热分解引发剂具有可以在较低温度(0~50℃)下引发聚合反应,其优点可以提高反应速率,降低能耗。可构成氧化还原体系的有过氧化苯甲酰/ 蔗糖 、叔丁基过氧化氢/雕白块、叔丁基过氧化氢/ 焦亚硫酸钠 、过氧化苯甲酰/N,N-二甲基苯胺。过硫酸铵/ 亚硫酸氢钠 、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、 过氧化氢 / 酒石酸 、过氧化氢/ 吊白块 、过硫酸铵/ 硫酸亚铁 、过氧化氢/硫酸亚铁、过氧化苯甲酰//N,N-二 乙基苯胺 、过氧化苯甲酰/ 焦磷酸亚铁 、过硫酸钾/硝酸银、过 硫酸盐 / 硫醇 、异丙苯过氧化氢/ 氯化亚铁 、过硫酸钾/氯化亚铁、过氧化氢/氯化亚铁、异丙苯过氧化氢/四 乙烯 亚胺等。其中叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠反应速度最为适宜。

特性参数

(1)分解速率常数

在一定的温度下,单体聚合速度在很大程度上取决于引发剂的分解速率Rd,其与引发剂浓度[I]一次方成正比,醋酸乙酯可显著促进过硫酸酸盐的分解反应,其分解 速率常数 在80℃时由0.248h-1增加至2.08h-1。 甲醇 对过硫酸盐的分解也有很大影响,当甲醇浓度为1mol/L时,其分解速率会增大25倍。 乳化剂 十二烷基硫酸钠 对过硫酸盐的分解也有明显促进作用。

(2)活性氧含量

活性氧含量也称有效氧含量,表示一定质量的过氧化物分解后产生的自由基数量。

(3)临界温度

即指过氧化物受热分解产生自由基时的最低温度。临界温度与分解温度稍有区别,分解温度是过氧化物的 半衰期 为10h(或1min)时的温度。作为引发剂的过氧化物临界温度大都在60~130℃,若低于60℃,则室温很不稳定,不宜用作引发剂。

(4)半衰期

半衰期是指在一定的温度下,引发剂分解至起始浓度一半时所需的时间,用于衡量引发剂活性或反应速率的大小,例如当60℃时,通常将引发剂在某种溶剂(苯或甲苯)中半衰期10h的分解温度称为引发剂的分解温度。

(5)活化能

活化能Ed是决定引发剂分解速率的一个重要因素,可由Arrhenius经验公式求得。活化能大,引发剂不易分解,但较稳定;活化能小,容易分解产生自由基。

引发剂的分解速率常数、半衰期、分解活化能可作为选择引发剂、聚合温度和生产周期的依据。

选择与使用

不同的聚合方法,不同的工艺条件,不同的产品用途,应当选择不同的引发剂。

(1) 溶液聚合 应选择适当溶解性的有机过氧化物或偶氮类引发剂;水溶液或水乳液聚合则选用 无机过氧化物 或水溶性氧化还原体系引发剂及 水溶性偶氮引发剂 等。

(2)根据聚合反应温度选择活化能和半衰期适当的引发剂,例如高温(>100℃),活化能138~183kJ/mol的引发剂有异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基;中温(30~100℃),活化能110~138kJ/mol的引发剂有过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、偶氮二异丁腈、过硫酸盐;低温(-10~30℃),活化能63~110kJ/mol的引发剂有异丙苯过氧化氢/氯化亚铁、过氧化苯甲酰/N,N-二甲基苯胺。一般应选择半衰期与聚合时间同数量级或相当的引发剂。

(3)尽量采用氧化还原引发剂。

(4)所选用的引发剂不应对聚合物的质量和性能有不良影响。

(5)引发剂的用量要适宜,不可过多过少,多则反应速度太快,难以控制;少则不易引发,反应不能正常进行,影响聚合物性能。用量一般为单体量的0.12%~0.7%,采用两种以上的引发剂复配,可以调整半衰期,效果更好。

(6)储存稳定,安全可靠。

(7)无毒,不危害健康,不对环境产生负面影响。

(8)来源确保,价格适宜。

发展概况

引发剂的发展趋势是氧化还原引发剂、活性自由基引发剂、 大分子引发剂 和双官能度及多官能度引发剂。其中氧化还原引发剂又在发展复合型氧化还原引发剂,意指氧化剂、还原剂再分别由一个以上的化合物复合而成。例如厌氧胶所用的过氧化物一 叔胺 一糖精体系(胺体系)和过氧化物一取代 肼 一糖精体系(肼体系),能使厌氧胶获得固化性能和储存稳定性较佳的兼顾。

2007年推出油溶性偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)和水溶性的偶氮二 异丙基 咪唑啉 盐酸盐( AIBI )两种新型 偶氮引发剂 ,因其不含 氰基 ,分解产物无毒。相比其他引发剂而言,AIBME分解平稳,转化率高,生成的聚合物分解物为液体,聚合过程不出现残渣和结块。AIBI在低温、低浓度下能高效引发聚合,产生高线型和高分子质量聚合物。

中文名
引发剂
外文名
initiator
别名
自由基引发剂
性质
化学