一种人造岗石和石英石中树脂交联固化度的检测方法

摘要：固化程度是反映不饱和聚酯树脂与苯乙烯单体交联共聚反应程度。固化程度越高意味着树脂网络交联结构越致密，填充料产品综合性能越好[1]。本文研究采用酸浸泡和丙酮萃取法检测聚酯型人造石产品（人造岗石和石英石）树脂含量和交联固化度。通过本方法检测的人造石产品交联固化度误差在±2%以内，是一种新型便捷有效的方法。

关键词：固化度；不饱和聚酯树脂；人造石；树脂含量

中图分类号： TQ177.1 文献标识码： A 文章编号：

1引言

随着建筑装饰材料中的天然大理石和花岗岩资源日益枯竭、开采困难、加工难度大，还存在先天缺陷，如易碎裂、污物难以清洗、修补困难。有些天然石材甚至还含有过量放射性物质，严重威胁和危害人们的身体健康。而人造石产品作为一种新型环保建筑材料，具有足够的强度、硬度、耐磨、耐腐蚀和耐老化性能，且易修补、无污染、无辐射等优势，势必会越来越受到广大消费者青睐，但随着人造石产品应用日益广泛，人们对其质量要求也越来越高。

人造石又称人造合成石，是利用天然碎石填料，经树脂胶粘剂、固化剂、助剂等混合，再经真空挤压、振动成型而做成的 一种建筑装饰饰面用材料。人造石经切割、铣磨、抛光等到加工后，最终可做成各种规格的装饰板材、异形材等。

目前，建筑装饰用人造石根据其填充料不同，大致可分为三种：碳酸钙为主要填充料（人造岗石）、氢氧化铝为主要填充料（人造透光石）、石英砂为主要填充料（人造石英石）。三类石材不仅花色、样式上有所差异，产品质量性能也有较大差异，尤其是物化强度、耐热性和耐候性等方面的问题，极大地限制了产品在不同场合的应用。

而人造石中用作粘结剂的树脂交联固化反应程度是影响人造石力学性能的最主要因素之一。固化程度越高意味着交联网络结构越致密，产品性能也越好[2]，耐污耐热性更强。固化程度低，树脂交联反应不完全，产品将残留有苯乙烯，用户使用后，苯乙烯会逐渐挥发出来，不仅会污染环境，还会导致用户吸入苯乙烯影响身心健康。因此，研究不饱和聚酯树脂交联固化度具有非常重要的意义。

2 实验部分

2.1 原料及仪器

人造石样品，稀盐酸，氢氟酸，丙酮分析纯，去离子水，双头球磨机，鼓风干燥箱，干燥器，分析天平，高温炉，硅酸盐分析仪，索氏萃取器等。

2.2 实验原理

固化度也叫转化率，是指人造石中未参与交联共聚的不饱和聚酯树脂分子占所有树脂含量的百分比。其中，树脂含量是指不饱和聚酯树脂固化后占人造石总重的百分比，有机树脂成分不溶于酸碱，可采用酸浸泡处理掉样品中的无机盐成分，剩下即得到树脂成分；未聚合树脂含量易溶于丙酮溶剂，可用索氏萃取器萃取其中未聚合的树脂和丙酮混合液，再分馏掉丙酮，即得到未聚合的树脂。

人造岗石，透光石，石英石三种人造石产品固化度检测方法各不相同，其中树脂含量检测方法有所区别外，未聚合树脂含量测定方法基本一致。

2.3 实验方法

2.3.1 树脂含量检测

① 试样准备：分别取小块碳酸钙型、氢氧化铝型、石英砂型三种人造石敲碎，用双头球磨机研磨至400目以下，在（50±2）℃下烘干至恒重待用，编号分别为1#、2#、3#。

② 将烘干后的1#样品取出立即放入干燥器中，冷却至室温后，在分析天平上称取一定质量（m11））。然后缓慢加入稀盐酸直至反应无气泡产生为止，静置6h后。在干燥过的滤纸（质量为m12，）上过滤，并用蒸馏水反复冲洗至滤渣呈中性，将滤渣在（50±2）℃下烘干至恒重后取出，在干燥器中冷却至室温，进行称量（m13）。

树脂含量按下式计算，取四位有效数字。

S1 = [（m13―m12）/ m11]×100%

式中 S1――人造石中树脂含量，%；

m11――人造石粉体试样的质量，g；

m12――滤纸的质量，g；

m13――滤纸和残留试样的质量，g。

以上所有称量均在分析天平上进行，准确至0.001g。

③将烘干后的2#取出立即放入干燥器中，冷却至室温后，在分析天平上称少量试样在硅酸盐分析仪上作全分析，检测Al2O3百分比含量（m21）。

树脂含量按下式计算，取四位有效数字。

S2 =（1 ― 2* m21*MAl（OH）3 / MAl2O3）×100%

式中 S2――人造石中树脂含量，%；

m21――人造石中Al2O3的含量，%；

MAl（OH）3――Al（OH）3的相对分子量；

MAl2O3――Al2O3的相对分子量。

④ 将烘干后的3#取出立即放入干燥器中，冷却至室温后，在分析天平上称取一定质量（m31）。然后缓慢加入稀释后的氢氟酸直至反应无气泡产生为止，静置6h后。在干燥过的滤纸（质量为m32）上过滤，并用蒸馏水反复冲洗至滤渣呈中性，将滤渣（50±2）℃下烘干至恒重后称量（m3）。

树脂含量按下式计算，取四位有效数字。

S3=[（m33―m32）/ m31]×100%

式中 S3――人造石中树脂含量，%；

m31――人造石粉体试样的质量，g；

m32――滤纸的质量，g；

m33――酸浸泡后滤纸和残留试样的质量，g；

以上所有称量均在分析天平上进行，准确至0.001g。

2.3.2 未聚合树脂含量

①试样准备：分别取小块碳酸钙型、氢氧化铝型、石英砂型三种人造石敲碎，用双头球磨机研磨至60―80目，在（50±2）℃下烘干至恒重待用，编号分别为1#、2#、3#。各称取约（4±0.2g）试样（n11、n21、n31）待用。

② 将称好的试样用滤纸包好，放入索氏萃取器中，并加入（200±3）ml丙酮分析纯，底部接圆底烧瓶进行加热萃取，调节加热，使虹吸速度为每小时20-30次，连续抽提12h。冷却，取下烧瓶，将瓶内物料倒入已准确称量（n11、n21、n31）的小烧瓶中精确至0.001g。用约20ml丙酮洗涤空烧瓶，将洗涤液加到抽提物中，放入（50±2）℃鼓风干燥箱中烘至恒重（即连续两次称重差值不超过0.003g时为止），取出放入干燥器中冷却，称量（n13、n23、n33）。

未聚合树脂含量按下式计算，取四位有效数字。

Gi=[（ni3 ― ni2）/ ni1 ]×100%

式中 Gi――人造石中未聚合树脂含量，%；

n i1――1#、2#、3#粉体试样的质量，g；

n i2――1#、2#、3#试样对应烧瓶质量，g；

n i3――1#、2#、3#烘干后的烧瓶及萃取物的质量，g。

以上所有称量均在分析天平上进行，准确至0.001g。

2.4 固化度计算

固化度按下式计算，取四位有效数字。

P = （1 ― Gi / Si ）× 100%

式中 P――人造石树脂固化度，%；

Gi――人造石中未聚合树脂含量，%；

Si――人造石中树脂含量，%；

i――上述不同填料类型的人造石。

3、结论

（1）采用酸浸泡处理人造石，通过酸反应综合掉无机盐骨料，剩下的为有机树脂成分，以及分析人造石中无机氧化物成分，计算出树脂含量误差不超过2 %。

（2）采用丙酮萃取人造石中不饱和聚酯树脂中未参与交联共聚反应的树脂成分（聚酯分子、苯乙烯分子和苯乙烯自聚形成的小分子），其萃取效率达到99%。

（3）通过计算人造石中树脂含量和未聚合树脂含量，得到树脂的交联固化度，总误差不超过2%，对衡量产品力学性能指标具有重要意义。

参考文献：

[1] 汪泽霖 . 不饱和聚酯树脂及制品性能[M].化学工业出版社，2009.12.

[2] 彭英，刘建华.不饱和聚酯树脂的聚合及力学特性[J].湖南科技大学学报，2009年6月，第24卷第2期.