環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝ppt課件

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環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 概述 兩種重要的縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂的合成機理 雙酚A型環(huán)氧樹脂的合成反應(yīng) 酸法酚醛環(huán)氧樹脂的合成反應(yīng) 雙酚A型環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹脂的固化 環(huán)氧樹脂的性能和用途 第九章體型縮聚物聚合原理與工藝 1 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 一概述分子中含有兩個以上環(huán)氧基團的合成樹脂稱為環(huán)氧樹脂 環(huán)氧樹脂于1947年首先在美國進行了工業(yè)化生產(chǎn) 在80年代以前 主要研究樹脂的合成 80年代以后 對于它的改性 固化機理和產(chǎn)物結(jié)構(gòu) 性能的研究顯得更為活躍 成就更大 2 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 我國的環(huán)氧樹脂的開發(fā)始于1956年 1958年上海開始工業(yè)化生產(chǎn) 經(jīng)過近50年的發(fā)展 我國環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)取得了很大成就 環(huán)氧樹脂的品種 產(chǎn)量和質(zhì)量得到不斷提高 環(huán)氧樹脂的分類環(huán)氧樹脂的種類很多 并且不斷有新品種出現(xiàn) 環(huán)氧樹脂的分類方法也很多 通常按其化學結(jié)構(gòu)和環(huán)氧基的結(jié)合方式大體上分為五類 3 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 縮水甘油醚型樹脂 縮水甘油酯型樹脂 縮水甘油胺型樹脂 脂肪族環(huán)氧化合物 脂環(huán)族環(huán)氧化合物 4 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹脂的命名 GB1630 79 環(huán)氧樹脂代號 E 雙酚A型環(huán)氧樹脂ET 有機鈦改性雙酚A型環(huán)氧樹脂EG 有機硅改性雙酚A型環(huán)氧樹脂EX 溴改性雙酚A型環(huán)氧樹脂F(xiàn) 酚醛環(huán)氧樹脂G 硅環(huán)氧樹脂等 習慣命名原則為 5 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 6 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 舉例 某一牌號環(huán)氧樹脂 以雙酚A為主要組成物質(zhì) 其環(huán)氧值指標為0 48 0 54mol 100g 則其平均值為0 51mol 100g 該樹脂的全稱為E 51環(huán)氧樹脂 根據(jù)GB1630 89的命名法又有新的規(guī)定 即環(huán)氧樹脂縮寫代號用 EP 表示 環(huán)氧樹脂的牌號由兩個數(shù)字組組成 兩組數(shù)字間用一短線連接 7 如EP00552 425 表示某種環(huán)氧樹脂 EP 以兩種不同化學組分組成 00 樹脂為半固體 5 環(huán)氧當量為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)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 8 第六節(jié)環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧基含量的表示方法環(huán)氧基是環(huán)氧樹脂的特性基團 它的含量多少是這種樹脂最為重要的指標 描述環(huán)氧基含量有3種不同的表示法 環(huán)氧當量 指含有1mol環(huán)氧樹脂的質(zhì)量 其單位為g mol 這一表示方法常被美國 歐洲 日本采用 9 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧值 每100g樹脂中含有環(huán)氧基的物質(zhì)的量 mol數(shù) 其單位為mol 100g 我國采用這一表示方法 環(huán)氧質(zhì)量分數(shù) 每100g樹脂中含有環(huán)氧基的質(zhì)量 其單位為g 100g 這一表示方法常被俄羅斯 東歐等國采用 M 環(huán)氧樹脂平均相對分子質(zhì)量f 環(huán)氧基團數(shù) 10 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 二 兩種重要的縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂的合成機理1 雙酚A型環(huán)氧樹脂的合成反應(yīng)雙酚A型環(huán)氧樹脂低聚體是由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)縮聚反應(yīng)而得 其合成反應(yīng)簡式如下 11 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 12 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 2酸法酚醛 環(huán)氧樹脂的合成反應(yīng) 13 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 三雙酚A型環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹脂的分類根據(jù)環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)式工業(yè)上生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂牌號很多 其平均相對分子質(zhì)量一般為340 7000 分為三類 14 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 n 0 2 低相對分子質(zhì)量 室溫下為液體 如E 31 n 0時 分子量為340 n 2 5 中等相對分子質(zhì)量 室溫下為固體 軟化點為50 90 如E 20 n 5 高相對分子質(zhì)量 室溫下為固體 軟化點 100 如E 03 15 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹脂隨分子量而有規(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)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A型環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝三種不同相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂 其生產(chǎn)配方 工藝控制簡單列為下表 17 表1 不同分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂的工藝控制對比 18 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 低相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 反應(yīng)機理 19 20 21 如此經(jīng)過開環(huán) 閉環(huán)的循環(huán)過程 最后反應(yīng)成環(huán)氧樹脂的大分子 22 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 低相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂工藝流程方框圖 23 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 影響環(huán)氧樹脂低聚物合成反應(yīng)的因素 原料摩爾比對低聚物相對分子質(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 即低聚物相對分子質(zhì)量越大 其配比越接近于理想比 加料方式對低聚物相對分子質(zhì)量的影響 堿的用量 濃度和投料方式對低聚物相對分子質(zhì)量的影響 24 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 四雙酚A型環(huán)氧樹脂的固化低聚體本身是熱塑性的線型大分子 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值 環(huán)氧樹脂的固化劑分為兩類 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 多元胺類多元胺類中有乙二胺 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 有機多元酸和酸酐有機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)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 合成樹脂合成樹脂中有酚醛樹脂 脲醛樹脂和糠醛樹脂等 低相對分子質(zhì)量的聚酰胺樹脂低相對分子質(zhì)量的聚酰胺樹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 再進一步反應(yīng)成低相對分子質(zhì)量的聚酰胺樹脂 反應(yīng)如下 27 28 29 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 3環(huán)氧樹脂低聚體的固化反應(yīng)酸酐的固化機理 高溫固化150 160 酸酐上的羧基與環(huán)氧樹脂主鏈上的羥基反應(yīng) 形成單酯 30 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 單酯再與另一環(huán)氧樹脂大分子主鏈上的羥基反應(yīng)生成雙酯 31 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 酸酐上的羧基與環(huán)氧樹脂上的環(huán)氧基反應(yīng) 32 二胺的固化機理 室溫固化 33 環(huán)氧值和固化劑用量的計算 34 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 4 固化劑用量的計算用胺做固化劑時其用量一般為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的10 15 用酸酐做固化劑時其用量一般為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的10 20 用低相對分子質(zhì)量的聚酰胺做固化劑時其用量一般為 環(huán)氧樹脂 聚酰胺 1 1 質(zhì)量比 為了提高膠粘強度 可以用幾種固化劑混用 如將低相對分子質(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)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 五 環(huán)氧樹脂的性能和用途 雙酚A型環(huán)氧樹脂的大分子結(jié)構(gòu)特征 大分子兩端是反應(yīng)能力很強的環(huán)氧基 主鏈上是反應(yīng)能力很強的羥基 環(huán)氧基和羥基賦予樹脂反應(yīng)性 使樹脂固化物具有很強的內(nèi)聚力和粘接力 大分子中有極性基團醚鍵和羥基 有助于提高浸潤性和黏附力 醚鍵使大分子具有柔順性 增加了樹脂的韌性和耐腐蝕性 苯環(huán)賦予樹脂耐熱性和剛性 36 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 雙酚A環(huán)氧樹脂分子中含有多種可發(fā)生不同功能作用的基團 如下圖 37 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用特性 粘結(jié)強度高 粘結(jié)面廣 收縮率低 環(huán)氧樹脂的固化主要是依靠環(huán)氧基的開環(huán)加成聚合 因此固化過程中不產(chǎn)生低分子物 環(huán)氧樹脂本身具有仲羥基 再加上環(huán)氧基固化時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)于酚醛樹脂和聚酯樹脂 優(yōu)良的電絕緣性 固化后的環(huán)氧樹脂吸水率低 不 38 環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝 再具有活性基團和游離的離子 因此具有優(yōu)異的電絕緣性能 機械強度高 良好的加工性 鑒于以上特性 環(huán)氧樹脂在很多領(lǐng)域都具有廣泛用途 如用于涂料 澆鑄料 纖維增強塑料 膠粘劑 泡沫材料等 39 作業(yè) 1 寫出制備雙酚A型環(huán)氧樹脂的反應(yīng)簡式 說明原料雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的摩爾比對其相對分子質(zhì)量的影響 2 環(huán)氧樹脂室溫固化和高溫固化一般用哪種固化劑 40