环形对苯二甲酸丁二醇酯树脂CBT
一、CBT简介
CBT树脂产品具有大环寡聚酯结构,是不同低分子量环状齐聚物的混合物。CBT常温下为固态粉末状,加热到一定温度时,会变得象水一样,粘度极低;而且在加入催化剂后(并在适当的温度下),可聚合成高分子量的热塑性聚合物PBT。CBT树脂润湿能力强、填充能力强、加工粘度低;与各种填料、增强材料和高分子材料的相容性好。这些特性使得CBT树脂在不同的应用领域具有独特的作用。几乎适用于所有的热塑性塑料和热固性树脂的加工方式——滚塑/浇铸/共混/挤出/注射成型/压铸成型/真空袋成型/传递模塑成型RTM/反应注射成型RIM/SRIM/淤浆法/粉末涂料。
二、CBT结构
CBT的分子式是(C12H12O4)n,其中n=2-6,下图是CBT的分子结构:
三、CBT特性
低 粘 度:CBT常温下为固体;约在190℃,就变为象水一样的液体(相同条件下,PBT的粘度大约是它的5000倍,难于与填料/纤维结合,难于制造薄壁制品)。这有利于快速和地润湿填料/纤维增强材料,并可以在很低的压力下成型。
快速聚合:CBT中加入催化剂(固体/液体,常温/高温,快速/慢速,水敏感/水不敏感),开环聚合为PBT;选择不同的催化剂和反应温度,CBT的完全聚合时间可以控制为几十秒到几十分钟。CBT低粘度和快速聚合的特点,使CBT可以在许多不同的应用中,进行快速加工。
可热成型:含催化剂的CBT可在180~200℃聚合PBT,并立即开始结晶(形成半晶热塑PBT)。而PBT的熔点为225℃,因此,不需冷却就可脱模。
含催化剂的CBT聚合为PBT,在180~200℃时,为半晶热塑PBT;在200℃以上,反应加快,聚合成的PBT分子量降低,结晶变慢;在接近225℃时,聚合成的PBT难以结晶(若结晶,则需冷却)。因此,含催化剂的CBT合适的聚合/结晶温度为180~190℃。
无反应热:含催化剂的CBT聚合时无反应热释放。因此,反应不会失控;也不会应为反应升温而损坏模内部分。还意味着在制造大型厚壁的制件时,因不用考虑热量的因素,可缩短成型周期。
无VOC和释放物:CBT加工过程中无气体释放;含催化剂的CBT聚合时也无苯乙烯或VOCs释放。提高成品率和容易获得好的表面。
四、CBT应用
1.相容性
(1)与高分子:CBT与聚酯(PBT、PET、PC、PCTetc.)、PA、缩醛(POM)、PPO、PVC、PMMA、TPU、ABS、SAN、PEI、PSU及合金(PC/ABS、PC/PEI、PC/PBT、PC/PET)等的相容性很好。极少的添加量,就可以大幅度提高树脂的流动性,而几乎不影响力学性能,降低共混能耗和提高产能。
(2)与填料:CBT润湿能力强、填充能力强、加工粘度低;与各种填料和增强材料的相容性好。如下是一部份已知与CBT相容性的填料和增强材料:玻纤、碳纤、碳酸钙(硬脂酸表面处理)、硅灰石滑石粉、气相二氧化硅(硅烷表面处理)、玻璃微珠、颜料(碳黑,钛白粉)、热稳定剂(抗氧剂,亚磷酸脂)、脱模剂(季戊四醇硬脂酸酯,聚乙烯)、填料和纤维材料本身材质、尺寸、表面处理和加入量的变化,以及催化剂的选择,将最终决定CBT(含催化剂)聚合的程度。
2.铸塑(铸型,浇铸)
CBT的低粘度,给铸塑制造商提供多种可能,既可以填充浇铸,也可以非填充浇铸。聚合型CBT浇铸时可聚合为PBT,更是具有优异的性能。还可以二次加工成复杂的形状。
CBT中加入功能填料,进行浇铸,可以得到高填充或增强的复合材料。比如:加矿物填料(如:硫酸钡和石英)的浇铸复合材料,具有优异的耐划痕性、耐热性和机械性能(如:高弯曲模量)。这些高填充复合材料,为我们制造高体积/高固体表面要求的制品,提供了可能。比如制造:厨房台板(耐热温度可达230℃)、工具台和地砖。
3.复合材料
CBT树脂独特的性能和加工优点,为复合材料行业带来了革命性的应用前景。CBT基的复合材料(CBT聚合为PBT),可以达到:轻质、高使用温度、优异耐化学性、好的损害耐受性、断裂改善、环境友好加工过程、热塑性、可再生。CBT基玻纤和碳纤复合材料,正在试用于如下领域:汽车、风能、建筑、运动器具、航海和航空。
风能领域:风涡轮机结构多由玻璃纤维增强复合材料制造,选用CBT为基础树脂,可以大幅度缩短生产周期,提升产能。在厚壁部分,CBT的固化速度要快2-4倍。以CBT为基础树脂,可以用传统工艺来生产风力叶片。
运动器具:以CBT基的复合材料,制造结构增强热塑器件,具有功效:轻质、层间搞剪切强度、高刚性、搞机械强度、改善抗振损害和再利用。可能的应用:高尔夫球杆、冰球杆、网球拍、滑雪板、雪橇及这类制品。
4.高填充特殊功能共混物
用聚合型CBT可制造高填充特殊材料,优点如下:低熔点、低熔体粘度、高润湿、高填充、宽相容、快速反应、无VOC产生、可以二次成型。生产过程并不局限于高速分散、单/双螺杆共混、在线共混、注射成型和压铸成型。
CBT可用于制造:
高填充材料:导电、导热、高比重材料(>60%V),轻质(50%空心玻璃珠)复合泡,沫塑料。
短纤复合材料:纤填充量高、润湿、粘接性优异。
长纤复合材料(LFT):CBT用作基料或添加剂。
玻璃毡片热塑性层压板(GMT)。
5.CBT齐聚物用作添加剂(共混改性,母料)
CBT与结晶、半结晶和无定形高分子,有很好的相容性;对它们的熔体流动影响颇佳。极少的添加量,就可以大幅度提高树脂的流动性,而几乎不影响力学性能;降低共混能耗和提高产能。
CBT与聚酯(PBT、PET、PC、PCT、Hytrel、etc.)、PA、缩醛(POM)、PPO、PVC、PMMA、TPU、ABS、SAN、PEI、PSU及合金(PC/ABS、PC/PEI、PC/PBT、PC/PET)等的相容性很好;用CBT100改性这些材料(加:0.5~5%),可以大幅度提高流动性,而几乎不影响力学性能;即使增强型的工程塑料,由于加入了CBT,也能够轻松实现薄壁、长流程的注射。
6.反应挤出制备特殊材料
聚合型CBT可以跟相容和不相容的高分子(含双端羟基) 快速聚合,制造出特殊的高分子,如:与聚四氢呋喃反应,合成热塑性弹性体(TPEE)。以反应挤出方式替代反应釜反应方式,降低了成本,简化了工艺,提高了反应的可控性(便于监控反应进程)。从而推动了材料的应用前景!
7.纳米复合材料
CBT具有低熔体粘度和极性的特点,是纳米级填料(纳米粘土/碳纳米填料/碳纳米管)的“溶剂”。纳米粘土很容易分散到CBT熔体中,并在CBT聚合前层析成纳米结构。
CBT基纳米复合材料,开创了新的应用领域,如:薄壁连接器和重叠模压敏感电子器件等。
碳纳米管在CBT中良好的分散,提供了更多可能的应用领域: 注射成型高导热热塑散热器(热管理应用) 和注射成型高导电热塑燃料电池金属极板(电子应用)。
8.涂层
CBT独特的物理和机械性能,为其在粉末涂料和液体涂层方面,提供了更多地应用前景。
CBT粉末涂料优点:
(1)CBT在约160℃变得象水一样,因此很容易进行液体涂装,不需要溶剂。
(2)韧性工程塑料涂层。CBT很容易被细粒子吸入,作为粉末涂料,可以制得薄的韧性热塑涂层,解决了现存粉末涂料应用面对的难题。在此之前,用热塑材料不可能制得很薄的热塑涂层!CBT粉末涂料与现存的粉末涂料设备兼容。
(3)CBT可以与功能填料共混,制造功能粉末涂料。比如:添加氮化硼,可以得到热导粉末涂料。
(4)涂装/固化过程无VOC或释放物产生。聚合条件:190℃/30min;230℃/3min。