夜间发光不饱和聚酯板的制备及印刷适性的研究

夜间发光不饱和聚酯树脂板的制备及其印刷适性的研究,指导教师: 梁多平 学生姓名: 屈海博 专 业: 印刷工程 学 院： 轻工学院,论文内容,课题研究的目的和意义,不饱和树脂具有优良的抗拉强度和冲击韧性，相对密度小，热及电绝缘性能好，还有良好的透光、耐酸和隔音等特性，价格又比环氧树脂玻璃钢便宜得多，因此广泛用于制造雷达天线罩，飞机零部件，汽车外壳，小型船艇，透明瓦楞板及其高档包装行业，卫生盥洗器皿以及化工设备和管道等。所以通过添加夜光粉来增强它的附加价值是可行的，同时在印刷包装行业也具有较大的意义。,制备过程,称取59.2g(0.2mol)邻笨二甲酸酐，39.2g(0.2mol)顺丁稀二酸酐倒入烧杯内，用研钵将混和粉末研细，小心倒入三孔瓶，用量筒量取33.4ml（0.4mol）1，2丙二醇于三孔瓶中，打开加热套，并调温度到130，待温度到100时打开搅拌器，随着温度的不断升高和反应时间的加长，粉末融化，关闭搅拌器。调温度到160度加热30min。调温度到200，测酸，测得PH大约为4时停止，停止加热，自然冷却至85，倒入烧杯，加少许苯乙烯，自然冷却30min，称重，加入1%的异辛酸钴（固化剂），搅拌均匀，加入2%过氧化甲乙酮（引发剂），搅拌均匀，倒入模具中，室温固化1h，100烘箱烘烤30min。制得不饱和聚酯树脂板样品。 加入固化剂之前的操作都相同，依次称取2ml，4ml，6ml，8ml，10ml的邻苯二甲酸二辛酯（增塑剂），依此加入到预聚树脂中，加入10g（10%）夜光粉，加入1%的异辛酸钴（固化剂），搅拌均匀，加入2%过氧化甲乙酮（引发剂），搅拌均匀，倒入模具中，室温固化1h，100烘箱烘烤30min。制得含增塑剂为2ml、4ml、6ml、8ml、10ml的夜间发光不饱和聚酯树脂复合材料。 依次称取2g，4g，6g，8g的夜光粉，保持（增塑剂）不变5ml，依次置于烧杯中搅拌，搅拌均匀，其余操作如上述。即制得含夜光粉为2g，4g，6g，8g的夜间发光不饱和聚酯树脂复合材料。,实验过程,（1）利用单轻式万能试验机，分别研究对于不同夜光粉含量和DOP的夜光不饱和聚酯复合材料的抗拉强度、弹性模量、屈服强度、断裂伸长率、屈服载荷等的影响； （2）采用胶带，对填充不同量的夜光粉复合而成的不饱和聚酯材料的油墨附着力测定； （3）对所有制得的复合材料进行表面张力的测定，以研究填充物及填充量对复合材料印刷表面适应性的影响。 （4）采用尼康显微镜在放大40倍的情况下观察样品印刷的效果以分析样品的印刷适应性； （5）对实验原料和不饱和聚酯测红外光谱，分析反应过程。 （5）对所测的结果进行讨论、分析以得出结论。,实验结果及分析,（1）试样中不同夜光粉含量的拉伸实验结果,图3-1 不同夜光粉含量的位移载荷关系,随着夜光粉含量的增加，试样承受的最大载荷慢慢减小，含夜光粉含量为8%时，载荷最小为1850N，这可能是因为夜光粉以细颗粒状存在于试样中，导致聚合物分子间的范德华力和氢键结合力下降，从而导致聚合物总的结合力下降，因而使得试样能够承受的最大载荷减小。,实验结果及分析,图3-2 夜光粉含量与断裂强度关系,样品断裂强度随夜光粉的含量的增加而下降，当夜光粉含量为0时达到最大值为2294MPa，从分子结构的角度来看，聚合物之所以具有抵抗外力破坏的能力，主要是靠分子内的化学键合力、分子间的范德华力和氢键，可能与加入了夜光粉而破环了聚合物之间的分子间作用力和范德华力，而导致断裂强度下降。其次，温度和式样横截面积也能影响复合材料断裂强度。,实验结果及分析,图3-3 试样中夜光粉含量与抗拉强度关系,抗拉强度随夜光粉的含量的增加而下降，由2294MPa减小到1855MPa，在夜光粉含量为0时达到最大值为2294MPa，且当夜光粉含量为8%时降低到1855MPa，明显小于不含夜光粉时的抗拉强度2294MPa，这表明填充夜光粉减小了复合材料分子间的结合力，导致抗拉强度下降，从而导致样品的抗变形能力降低。,实验结果及分析,图3-4 材料中夜光粉含量与屈服载荷关系,屈服载荷即是试样的面积与屈服强度的乘积，表征材料抵抗微量塑性变形的能力，试样屈服载荷随夜光粉含量的增加先而下降，在夜光粉含量为0时达到最大值为2294N，表明加入夜光粉能够减小材料抵抗塑性变形的能力。影响屈服载荷的因素除了试样面积外，分子间的结合键、组织、结构、原子本性以及温度、应变速率等也能影响材料的屈服载荷。,实验结果及分析,（2）试样中不同DOP含量的拉伸实验结果分析,图3-5含10%夜光粉的夜光不饱和聚酯复合材料中DOP含量的位移载荷关系,实验表明：随着增塑剂邻苯二甲酸二辛脂含量的增加，载荷先增大后减小，当增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的含量为6ml时，载荷达到最大值为1391N，这说明载荷的大小于增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的含量有一定的关系，但与其不是线性关系。原因可能是因为聚甲基丙烯酸甲酯是长链大分子，当小分子的邻苯二甲酸二辛酯加入其中，导致分子间作用力降低，载荷增加；当大分子聚甲基丙烯酸甲酯间的距离增加到一定值之后，分子间作用力又有所增加，导致载荷降低。,实验结果及分析,图3-6含10%夜光粉的试样中DOP含量与抗拉强度的关系,实验表明：试样的抗拉强度随着邻苯二甲酸二辛酯含量的增加先增加然后减小，当DOP加入量为6ml时达到最大值为1360MPa，这可能是因为增塑剂是低分子量的液体，它的加入对聚合物起了稀释作用，减小了高分子链之间的作用，因而抗拉强度降低。对于硬制品材料，增加增塑剂，制品的耐热性和耐腐蚀性均有下降，所以不宜添加过多的增塑剂。,实验结果及分析,图3-7含10%夜光粉的试样中DOP含量与弹性模量的关系,材料受力初期，应力与应变成比例地增长，应力与应变之比为常数，即为弹性模量，它反映的是材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，实验表明，随着DOP含量的增加，试样的弹性模量从11.02增加到18.45然后下降，导致这种现象的原因可能是小分子且为液体的邻苯二甲酸二辛脂加入到高分子的聚合物中时，增塑剂分子插入到聚合物分子链间，削弱了聚合物分子链间的引力，导致弹性模量降低，随着增塑剂含量的增加，产生反增塑效应，加强了聚合物分子链间的引力，使得试样应力快速增加，弹性模量增加。,实验结果及分析,图3-8含10%夜光粉的材料中DOP含量与断裂伸长率的关系,断裂伸长率是衡量材料韧性的指标，随着邻苯二甲酸二辛酯含量从2ml增加到10ml，试样的断裂伸长率也随之增加，由最初的5.78%增加到9.54%，表明邻苯二甲酸二辛酯能够有效提高材料的柔韧性。原因可能是增塑剂的加入削弱了聚合物分子间的范德华力，降低了聚合物分子链的结晶性，使得聚合物分子链的移动性得以增加，亦即增加了样品的塑性，从而使得试样的断裂伸长率增加，这也可能会造成材料软化温度和脆化温度的下降。所以增塑剂的添加量应适量。,实验结果及分析,图3-9含10%夜光粉的材料中DOP含量与断裂强度的关系,断裂强度随增塑剂DOP含量的增加而增加，当加入的DOP为2ml时，断裂强度最低为940MPa，加入的DOP为10ml时，断裂强度最高为1170MPa，可能的原因是液体的增塑剂的加入，增强了彼此之间的结合力，导致断裂强度上升，增塑剂加强了聚合物分子链间的氢键与范德华力，使得试样发生断裂时承受的最大应力增加，导致断裂强度增加。断裂强度指材料发生断裂时最大应力与断裂横截面面积的比值，所以试样的横截面积的不同，对断裂强度也能产生影响，除此之外，温度、试样裂纹都会对实验造成影响。,实验结果及分析,(3)油墨附着力实验结果及分析,含发光粉从0-8g聚酯树脂粘揭效果图,油墨附着力是印刷适性一项重要指标，经过粘揭实验得出随着发光粉含量的增加，粘揭效果逐渐降低，也就是说油墨的附着力随着夜光粉含量的增加而增加。随着增塑剂DOP含量增加，粘揭效果逐渐增强，所以油墨附着力随DOP含量增加而减小。,含DOP 2，4，6，8ml试样粘揭效果图,实验结果及分析,(4)表面张力实验结果及分析,对于含10%夜光粉的试样，随增塑剂DOP的增加，表面张力先增大然后减小，当DOP添加量为46ml时表面张力值最大为39达因，表明邻苯二甲酸二辛酯的含量可以影响材料的表面张力，可能的原因是复合材料中各物质的加入并不是单纯的混合。添加量过多时，较大的稀释了聚合物，且更容易发生起泡现象，导致表面张力降低。 对于含不同量的夜光粉制成的夜光不饱和聚酯复合材料，其表面张力在32与39达因之间，这说明该有夜光不饱和聚酯复合材料样品可以用溶剂型油墨进行印刷。,图3-11 试样中DOP含量与表面张力的关系,（5） 印刷适应性,图3-13 空白样品及其在40倍显微镜下的图像,实验结果及分析,图3-14 含8g夜光粉的样品及其在40倍显微镜下的图像,图3-15 含6g夜光粉的样品及其在40倍显微镜下的图像,图3-16 含4g夜光粉的样品及其在40倍显微镜下的图像,图3-17 含2g夜光粉的样品及其在40倍显微镜下的图像,实验结果及分析,如以上图3-133-17五组图所示，比较分析得，含夜光粉为8g的样品印刷适应性最好，试样均匀，几乎未产生气泡，从其在显微镜下的图像可以看出，油墨附着均匀，色彩明亮。随着夜光粉添加量的增加，试样透明度不断增大（夜光粉吸光，发光），从它们在40倍显微镜下的图像可以看出，印刷效果越来越好，有些可能是油墨附着不均匀不牢固，产生脱落，其次，印品上粘附的细毛及灰尘也能影响印刷效果。适量的添加夜光粉，能够适当提高材料的印刷适应性。,实验结果及分析,图3-18含2mlDOP的样品及其在40倍显微镜下的图像,图3-19含4mlDOP的样品及其在40倍显微镜下的图像,图3-20含6mlDOP的样品及其在40倍显微镜下的图像,图3-21含8mlDOP的样品及其在40倍显微镜下的图像,以上图3-183-21五组图所示，比较分析得，含DOP含量为2ml的样品印刷适应性最好，试样均匀，几乎未产生气泡，从其在显微镜下的图像可以看出，油墨附着均匀，色彩明亮。随着DOP添加量的增加，从它们在40倍显微镜下的图像可以看出，印刷效果越来越差，有些可能是油墨附着不均匀不牢固，产生脱落。,实验结果及分析,3.5红外光谱分析,图3-22苯乙烯KBr压片红外光谱对照样品图像,图3-23 顺丁烯二酸酐KBr压片红外光谱对照样品图像,图3-24邻苯二甲酸酐KBr压片红外光谱对照样品图像,实验结果及分析,苯乙烯反应方程式,从反应方程式和光谱图像得出：苯乙烯中的C=C键断裂而生成C-H键，预聚体中的酯C=C键断裂生成C-H键。1300cm-1出现就能证明。而737 cm-1的出现证明了苯乙烯是顺式双取代。1721 cm-1的出现说明生成了酯键。从反应方程式和光谱图像3-23图3-24得出：1317cm-1峰值消失证明了酸酐和醇里面的大量O-H键断裂，而1528cm-1峰值出现证明了不饱和酯C=0键的大量生成，1957cm-1峰值到1926cm-1峰值体现了环式酸酐键的打开。,酸酐反应方程式,结论,实验结果表明：1:随着夜光粉含量的增加，材料承受的最大载荷缓慢降低，从2442N降低到1850N，含夜光粉为8%时，载荷最小为1850N；断裂强度由2294MPa下降到1850MPa，夜光粉含量为0时达到最大值为2294MPa；抗拉强度从2294Mpa下降到1850MPa，在夜光粉含量为0时达到最大值为2294MPa；式样屈服载荷当夜光粉的含量为0时达到最大值2294N，然后缓慢降低。 2:对于添加了10%夜光粉的试样，随着DOP含量的增加，载荷先增大后减小，当DOP的含量为6ml时，载荷达到最大值为1391N；其抗拉强度由1215MPa先上升到1360MPa后下降到950MPa，DOP加入量为6ml时达到最大值为1360MPa；弹性模量从11上升到18.5后又下降到15.5，DOP添加量为2ml时弹性模量最小；断裂伸长率从5.78%增加到9.54%；断裂强度整体趋于升高，当加入的DOP为2ml时，断裂强度最低为940MPa，加入的DOP为10ml时，断裂强度最高为1170MPa。,结论,3:经过粘揭实验得出随着发光粉含量的增加，粘揭效果逐渐降低，也就是说油墨的附着力随着夜光粉含量的增加而增加。随着增塑剂DOP含量增加，粘揭效果逐渐增强，所以油墨附着力随DOP含量增加而减小。 4:材料表面张力值随着夜光粉含量的增加先增加然后降低，当夜光粉含量为2%4%时，表面张力最大为39达因，对于含10%夜光粉的试样，随DOP的增加，表面张力先增大然后减小，当DOP添加量为46ml时表面张力值最大为39达因，表明邻苯二甲酸二辛酯的含量可以影响材料的表面张力。 5:含8g发光粉的样品试样均匀，几乎未产生气泡，油墨附着均匀，印刷适应性最好。含2mlDOP的样品试样均匀，着墨