環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)工藝ppt課件

環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 概述 兩種重要的縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂的合成機(jī)理 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的合成反應(yīng) 酸法酚醛環(huán)氧樹(shù)脂的合成反應(yīng) 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的固化 環(huán)氧樹(shù)脂的性能和用途 第九章體型縮聚物聚合原理與工藝 1 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 一概述分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的合成樹(shù)脂稱(chēng)為環(huán)氧樹(shù)脂 環(huán)氧樹(shù)脂于1947年首先在美國(guó)進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn) 在80年代以前 主要研究樹(shù)脂的合成 80年代以后 對(duì)于它的改性 固化機(jī)理和產(chǎn)物結(jié)構(gòu) 性能的研究顯得更為活躍 成就更大 2 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 我國(guó)的環(huán)氧樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)始于1956年 1958年上海開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn) 經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展 我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)取得了很大成就 環(huán)氧樹(shù)脂的品種 產(chǎn)量和質(zhì)量得到不斷提高 環(huán)氧樹(shù)脂的分類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂的種類(lèi)很多 并且不斷有新品種出現(xiàn) 環(huán)氧樹(shù)脂的分類(lèi)方法也很多 通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)和環(huán)氧基的結(jié)合方式大體上分為五類(lèi) 3 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 縮水甘油醚型樹(shù)脂 縮水甘油酯型樹(shù)脂 縮水甘油胺型樹(shù)脂 脂肪族環(huán)氧化合物 脂環(huán)族環(huán)氧化合物 4 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹(shù)脂的命名 GB1630 79 環(huán)氧樹(shù)脂代號(hào) E 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂ET 有機(jī)鈦改性雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂EG 有機(jī)硅改性雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂EX 溴改性雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn) 酚醛環(huán)氧樹(shù)脂G 硅環(huán)氧樹(shù)脂等 習(xí)慣命名原則為 5 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 6 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 舉例 某一牌號(hào)環(huán)氧樹(shù)脂 以雙酚A為主要組成物質(zhì) 其環(huán)氧值指標(biāo)為0 48 0 54mol 100g 則其平均值為0 51mol 100g 該樹(shù)脂的全稱(chēng)為E 51環(huán)氧樹(shù)脂 根據(jù)GB1630 89的命名法又有新的規(guī)定 即環(huán)氧樹(shù)脂縮寫(xiě)代號(hào)用 EP 表示 環(huán)氧樹(shù)脂的牌號(hào)由兩個(gè)數(shù)字組組成 兩組數(shù)字間用一短線(xiàn)連接 7 如EP00552 425 表示某種環(huán)氧樹(shù)脂 EP 以?xún)煞N不同化學(xué)組分組成 00 樹(shù)脂為半固體 5 環(huán)氧當(dāng)量為211 290g ep 5 含有活性劑 2 密度為1 20 1 29g cm3 4 加有填料 2 具有耐熱性 5 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 8 第六節(jié)環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧基含量的表示方法環(huán)氧基是環(huán)氧樹(shù)脂的特性基團(tuán) 它的含量多少是這種樹(shù)脂最為重要的指標(biāo) 描述環(huán)氧基含量有3種不同的表示法 環(huán)氧當(dāng)量 指含有1mol環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量 其單位為g mol 這一表示方法常被美國(guó) 歐洲 日本采用 9 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧值 每100g樹(shù)脂中含有環(huán)氧基的物質(zhì)的量 mol數(shù) 其單位為mol 100g 我國(guó)采用這一表示方法 環(huán)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù) 每100g樹(shù)脂中含有環(huán)氧基的質(zhì)量 其單位為g 100g 這一表示方法常被俄羅斯 東歐等國(guó)采用 M 環(huán)氧樹(shù)脂平均相對(duì)分子質(zhì)量f 環(huán)氧基團(tuán)數(shù) 10 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 二 兩種重要的縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂的合成機(jī)理1 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的合成反應(yīng)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂低聚體是由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)縮聚反應(yīng)而得 其合成反應(yīng)簡(jiǎn)式如下 11 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 12 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 2酸法酚醛 環(huán)氧樹(shù)脂的合成反應(yīng) 13 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 三雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的分類(lèi)根據(jù)環(huán)氧樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)式工業(yè)上生產(chǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂牌號(hào)很多 其平均相對(duì)分子質(zhì)量一般為340 7000 分為三類(lèi) 14 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 n 0 2 低相對(duì)分子質(zhì)量 室溫下為液體 如E 31 n 0時(shí) 分子量為340 n 2 5 中等相對(duì)分子質(zhì)量 室溫下為固體 軟化點(diǎn)為50 90 如E 20 n 5 高相對(duì)分子質(zhì)量 室溫下為固體 軟化點(diǎn) 100 如E 03 15 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂隨分子量而有規(guī)律性的變化 其理化性能的變化如下圖 分子量軟化點(diǎn)環(huán)氧值羥值含量固化物柔韌性固化溫度狀態(tài) 小 大 室溫 高溫 液體 固體 16 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝三種不同相對(duì)分子質(zhì)量的環(huán)氧樹(shù)脂 其生產(chǎn)配方 工藝控制簡(jiǎn)單列為下表 17 表1 不同分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂的工藝控制對(duì)比 18 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 低相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 反應(yīng)機(jī)理 19 20 21 如此經(jīng)過(guò)開(kāi)環(huán) 閉環(huán)的循環(huán)過(guò)程 最后反應(yīng)成環(huán)氧樹(shù)脂的大分子 22 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 低相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂工藝流程方框圖 23 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 影響環(huán)氧樹(shù)脂低聚物合成反應(yīng)的因素 原料摩爾比對(duì)低聚物相對(duì)分子質(zhì)量的影響環(huán)氧氯丙烷與雙酚A的理論摩爾比為 n 2 n 1 即低聚物相對(duì)分子質(zhì)量越大 其配比越接近于理想比 加料方式對(duì)低聚物相對(duì)分子質(zhì)量的影響 堿的用量 濃度和投料方式對(duì)低聚物相對(duì)分子質(zhì)量的影響 24 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 四雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的固化低聚體本身是熱塑性的線(xiàn)型大分子 是淡黃色至青銅色的粘稠液體或脆性固體 不能直接用作材料使用 必須在使用時(shí)加入固化劑 在一定溫度下使之交聯(lián)固化生成體型交聯(lián)的高聚物才具有使用價(jià)值 環(huán)氧樹(shù)脂的固化劑分為兩類(lèi) 催化型固化劑 僅發(fā)生催化作用的固化劑 結(jié)合型固化劑 參與固化反應(yīng)的固化劑 25 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 1 催化型固化劑 lewis酸lewis酸中有BF3 AlCl3 SnCl4和ZnCl2等 lewis堿lewis堿中主要是叔胺等 2 結(jié)合型固化劑 多元胺類(lèi)多元胺類(lèi)中有乙二胺 己二胺 間苯二胺 伯胺 仲胺和多乙烯多胺 二乙烯三胺 三乙烯四胺等 有機(jī)多元酸和酸酐有機(jī)多元酸和酸酐中有鄰苯二甲酸酐 順丁烯二酸酐和均苯四酸二酐等 26 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 合成樹(shù)脂合成樹(shù)脂中有酚醛樹(shù)脂 脲醛樹(shù)脂和糠醛樹(shù)脂等 低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酰胺樹(shù)脂低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酰胺樹(shù)脂是由亞油酸或桐油酸二聚體與脂肪族多元胺 乙二胺 二乙烯三胺 反應(yīng) 生成的一種琥珀色的粘稠狀樹(shù)脂 即由9 12 亞油酸和9 11 亞油酸聚合反應(yīng)成亞油酸二聚體 再進(jìn)一步反應(yīng)成低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酰胺樹(shù)脂 反應(yīng)如下 27 28 29 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 3環(huán)氧樹(shù)脂低聚體的固化反應(yīng)酸酐的固化機(jī)理 高溫固化150 160 酸酐上的羧基與環(huán)氧樹(shù)脂主鏈上的羥基反應(yīng) 形成單酯 30 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 單酯再與另一環(huán)氧樹(shù)脂大分子主鏈上的羥基反應(yīng)生成雙酯 31 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 酸酐上的羧基與環(huán)氧樹(shù)脂上的環(huán)氧基反應(yīng) 32 二胺的固化機(jī)理 室溫固化 33 環(huán)氧值和固化劑用量的計(jì)算 34 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 4 固化劑用量的計(jì)算用胺做固化劑時(shí)其用量一般為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的10 15 用酸酐做固化劑時(shí)其用量一般為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的10 20 用低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酰胺做固化劑時(shí)其用量一般為 環(huán)氧樹(shù)脂 聚酰胺 1 1 質(zhì)量比 為了提高膠粘強(qiáng)度 可以用幾種固化劑混用 如將低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酰胺 間苯二胺和4 4 二氨基二苯甲烷混合使熱變形溫度有所提高 膠粘劑的耐熱性能較好 35 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 五 環(huán)氧樹(shù)脂的性能和用途 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的大分子結(jié)構(gòu)特征 大分子兩端是反應(yīng)能力很強(qiáng)的環(huán)氧基 主鏈上是反應(yīng)能力很強(qiáng)的羥基 環(huán)氧基和羥基賦予樹(shù)脂反應(yīng)性 使樹(shù)脂固化物具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力和粘接力 大分子中有極性基團(tuán)醚鍵和羥基 有助于提高浸潤(rùn)性和黏附力 醚鍵使大分子具有柔順性 增加了樹(shù)脂的韌性和耐腐蝕性 苯環(huán)賦予樹(shù)脂耐熱性和剛性 36 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂分子中含有多種可發(fā)生不同功能作用的基團(tuán) 如下圖 37 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用特性 粘結(jié)強(qiáng)度高 粘結(jié)面廣 收縮率低 環(huán)氧樹(shù)脂的固化主要是依靠環(huán)氧基的開(kāi)環(huán)加成聚合 因此固化過(guò)程中不產(chǎn)生低分子物 環(huán)氧樹(shù)脂本身具有仲羥基 再加上環(huán)氧基固化時(shí)派生的部分殘留羥基 它們的氫鍵締合作用使分子排列緊密 因此環(huán)氧樹(shù)脂的固化收縮率是最低的 穩(wěn)定性好 其性能優(yōu)于酚醛樹(shù)脂和聚酯樹(shù)脂 優(yōu)良的電絕緣性 固化后的環(huán)氧樹(shù)脂吸水率低 不 38 環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 再具有活性基團(tuán)和游離的離子 因此具有優(yōu)異的電絕緣性能 機(jī)械強(qiáng)度高 良好的加工性 鑒于以上特性 環(huán)氧樹(shù)脂在很多領(lǐng)域都具有廣泛用途 如用于涂料 澆鑄料 纖維增強(qiáng)塑料 膠粘劑 泡沫材料等 39 作業(yè) 1 寫(xiě)出制備雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)簡(jiǎn)式 說(shuō)明原料雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的摩爾比對(duì)其相對(duì)分子質(zhì)量的影響 2 環(huán)氧樹(shù)脂室溫固化和高溫固化一般用哪種固化劑 40