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。
引发剂是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,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
建筑胶和建筑密封胶,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。
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。
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。
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。
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1
mol/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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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。