1、引发剂的定义

引发剂,又称启动剂,是一种能够产生自由基或离子等活性种的物质。它能够引发单体进行链式聚合反应。具体来说,引发剂在受热分解后,容易形成自由基,这些自由基进而可以引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应,同时也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。

2、引发剂的分类

引发剂种类繁多,但在胶黏剂制备中,自由基型引发剂的应用最为广泛。这类引发剂包括过氧化物引发剂、偶氮类引发剂及氧化还原引发剂等。其中,过氧化物引发剂根据其结构特点,又可分为有机过氧化物和无机过氧化物。有机过氧化物的结构通式为R—O—O—H或R—O—O—R,其中R代表烷基、酰基、碳酸酯基等。这类引发剂在胶黏剂制备中发挥着至关重要的作用,能够直接影响聚合反应的顺利进行、反应速率以及产品的贮存期。
⑤ 酮类过氧化物,如过氧化甲乙酮和过氧化环己酮;
⑥ 二碳酸酯过氧化物,如过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化二碳酸二环己酯。

有机过氧化物的活性顺序为: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

无机过氧化物,如过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵,常用于乳液和水溶液聚合反应。其中,过硫酸铵和过硫酸钾最为常用。

(3)偶氮类引发剂

偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈,前者是低活性引发剂,常用于50~65℃的温度范围,且分解均匀,仅产生一种自由基,无副反应。其稳定性好,可安全贮存,但在80~90℃时也会迅速分解。偶氮二异庚腈的活性较高,引发效率可与偶氮二异丁腈媲美。此外,偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)具有适中的引发活性,聚合反应易于控制,且无残渣,产品转化率高,分解产物无害,是偶氮二异丁腈(AIBN)的理想替代品。

(4)氧化还原引发体系

这一部分内容在原始答案中并未提及,但在实际讨论中可能也会涉及,因此我也进行了相应的改写。
过氧化物引发剂和偶氮类引发剂通常在较高的分解温度下工作(50~100℃),这限制了它们在低温聚合反应中的应用。然而,氧化还原引发体系通过利用氧化剂和还原剂之间的电子转移来生成自由基,从而引发聚合反应。与热分解引发剂相比,这种体系可以在较低的温度下(0~50℃)引发聚合反应,不仅提高了反应速率,还降低了能耗。

构成氧化还原引发体系的常见引发剂包括过氧化苯甲酰与蔗糖、叔丁基过氧化氢与雕白块等组合。在这些组合中,叔丁基过氧化氢与焦亚硫酸钠的反应速率特别适宜。在乳液聚合中,氧化还原引发剂的应用不仅降低了聚合反应的温度,还改善了聚合物的性能。

此外,选择适当的氧化剂和还原剂至关重要,因为它们的氧化能力和还原能力必须适中。常用的氧化剂包括过硫酸盐或过氧化物,而过氧键O—O的键能适中(146.5kJ/mol)。在实际应用中,还需要考虑其他因素,如助还原剂、络合剂和沉淀剂等。

另一方面,引发剂的重要参数包括分解速率常数和活性氧含量。分解速率常数反映了引发剂在特定温度下的分解速度,而活性氧含量则直接影响聚合反应的进程和最终产品的性质。这些参数的选择和优化对于实现高效的聚合反应至关重要。
活性氧含量,也被称为有效氧含量,它衡量的是一定质量的过氧化物在分解过程中所释放的自由基数量。

接下来,我们谈谈临界温度。这是指过氧化物在受热分解时产生自由基所需的最低温度。需要注意的是,临界温度与分解温度有所不同。分解温度通常指的是过氧化物半衰期为10小时(或1分钟)时的温度。对于用作引发剂的过氧化物,其临界温度一般介于60至130℃之间。若低于60℃,则该过氧化物在室温下不稳定,不适合作为引发剂使用。

此外,半衰期也是一个关键概念。它表示在特定温度下,引发剂分解至其起始浓度一半所需的时间。这个参数常被用来衡量引发剂的活性或反应速度。

另一方面,活化能Ed对引发剂的分解速率有显著影响。活化能可以通过Arrhenius经验公式进行计算。活化能越大,引发剂越难以分解,但稳定性也越高;反之,活化能越小,引发剂越容易分解并产生自由基。

在选择和使用引发剂时,必须根据不同的使用环境和条件进行考虑。不同的引发剂在各种条件下的表现会有所不同,因此选择合适的引发剂对于聚合反应的成功进行至关重要。此外,聚合方法、工艺条件以及产品用途等因素也都将影响引发剂的选择。在选择时,应主要考虑以下因素:对于溶液聚合,应选择具有适当溶解性的有机过氧化物或偶氮类引发剂;而对于水溶液或水乳液聚合,则应选用无机过氧化物、水溶性氧化还原体系引发剂或水溶性偶氮引发剂等。
② 在选择引发剂时,需依据聚合反应的温度来定。例如,对于高温(>100℃)反应,可选择活化能为138~183kJ/mol的引发剂,如异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢和过氧化二叔丁基;若为中温(30~100℃)反应,则应选用活化能为110~138kJ/mol的引发剂,如过氧化苯甲酰、过氧化二月桂酰等;而在低温(-10~30℃)条件下,活化能为63~110kJ/mol的引发剂更为合适,例如异丙苯过氧化氢与氯化亚铁的组合。此外,通常建议选择半衰期与聚合时间相近的引发剂,以确保反应的顺利进行。

③ 若需进一步降低聚合温度,推荐使用氧化还原引发体系。

④ 所选引发剂必须对聚合物的质量和性能无不良影响。

⑤ 引发剂的用量也至关重要。用量过多可能导致反应速率过快而难以控制,用量过少则可能无法有效引发反应,进而影响聚合物性能。通常,引发剂的用量控制在单体量的0.12%~0.7%之间。通过采用两种或多种引发剂进行复配,可以进一步调整半衰期,优化反应效果。

⑥ 此外,引发剂的贮存稳定性、安全性和环保性也是需要考虑的因素。产品应具备稳定的贮存性能,确保使用过程中的安全可靠;同时,无毒且对环境友好,不产生污染。

⑦ 最后,触发剂的来源和价格也是选择时需要考虑的实际问题。产品应来源充足且价格适中,以满足大规模生产的需求。

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