【文章內容簡介】 凍性，但纏繞性、耐熱沖擊性有限，因此其應用領域受到限制。環(huán)氧浸漬絕緣漆是浸漬漆中的一大品種。主要包括環(huán)氧酯烘干絕緣漆、無溶劑環(huán)氧樹脂絕緣漆、沉浸型無溶劑漆、滴浸型無溶劑漆等。 （ 3）汽車、船舶等交通工具用環(huán)氧樹脂涂料 汽車車身用環(huán)氧樹脂涂料主要是離子電泳涂料，它一般是以水作分散劑的水性環(huán)氧樹酯涂料，多采用電沉積法進行涂裝，其腐蝕性能非常優(yōu)越，專門用于大型生產(chǎn)如汽車車身等的鋼鐵制品的底漆涂料。 船舶用涂料主要是指船只、艦艇，以及海上石油鉆采平臺、碼頭的鋼柱及鋼鐵結構件免受海水腐蝕的專用涂料，主要有車間底漆、船底防銹漆、船殼漆、甲板漆以及壓載水艙漆、飲水艙漆、油艙漆等。 車間底漆主要用于車間內成批鋼鐵材料的預處理，是造船預涂保養(yǎng)鋼板的主要底漆，一般為環(huán)氧樹脂富鋅底漆，通常為 3 罐裝，甲組分為超細鋅粉，其用量以干膜中鋅粉含量 82%~85%為宜，乙組分為 E20 環(huán)氧樹脂液中加入氧化鐵及膨潤土、氣相二氧化硅，丙組分為聚酰胺固化劑液，其胺值為 200。 船底防銹漆是指涂刷在船艦水線以下，長期浸在水中的船用防 銹涂料，也可用于深水碼頭鋼柱、海上鉆采石油、天然氣平臺等的鋼柱及鋼鐵結構。環(huán)氧樹脂瀝青防銹涂料及純環(huán)氧樹脂防銹涂料能經(jīng)受長期海水浸泡、干濕交替、陰暗潮濕的環(huán)境，是船底防武漢工程大學郵電與信息工程學院課程設計說明書 5 銹漆中的佼佼者。 船殼漆是指涂刷在水線之上的船用防銹涂料，要求附著力強、耐水性好、耐磨、耐候性好。室溫固化環(huán)氧 聚酰胺涂料固化后能得到堅韌、附著力強、耐水、耐磨的涂層，所以能作為長效的船殼漆。為提高漆的耐候性，配方中加入耐候性好的顏料。 甲板漆除要求有耐水、耐曬、耐磨、耐洗刷外，還要求耐石油、機油及具有防滑作用。 環(huán)氧樹脂類甲板漆由底漆 、中間漆和面漆三組涂料組成，底漆為環(huán)氧樹脂富鋅底漆，中間漆為環(huán)氧樹脂云母氧化鐵底漆，面漆為環(huán)氧樹脂甲板漆。 （ 4）食品容器用環(huán)氧樹脂涂料 食品容器是指貯存食品的罐、桶等容器，至今金屬容器仍占首位，主要有白鐵、馬口鐵、鋁箔等金屬品種。為了防止食品在長期的貯存期內金屬容器在食品的條件下發(fā)生腐蝕，就必須在金屬容器內壁涂上涂料。由于食品是一種特殊商品，必然要求涂料固化后對金屬的附著力強，涂膜保色性好，耐焊藥性強，耐腐蝕性好（尤其是針對罐裝液體食品），且必須符合食品衛(wèi)生標準。環(huán)氧樹脂通常是和其他樹脂并用后才用作食品 罐頭內壁涂料的。主要有環(huán)氧樹脂 /酚醛樹脂涂料，環(huán)氧樹脂 /甲酚甲醛樹脂涂料、環(huán)氧樹脂 /氨基樹脂涂料、環(huán)氧樹脂 /聚酰胺樹脂涂料等。 課程設計任務 設計任務 ① 生產(chǎn)規(guī)模： 5000 噸 ② 生產(chǎn)時間： 8000 小時 /年 ③ 反應原料及組成配方（每批次） 雙酚 A4200kg。燒堿 3160kg(濃度 30%）；環(huán)氧氯丙烷 20xxkg；甲苯 7100kg；鋅粉少量。 設計所需技術參數(shù) 耗損（工藝耗損和機械耗損）分配如下：（以 噸 100%雙酚 A 為基準計算收率和耗損） 溶解釜損耗： %；反應釜損失： %；精制釜損失： %； 脫溶劑損失： %；廢聚物處理損失： %；包裝及掃地損失： % 武漢工程大學郵電與信息工程學院課程設計說明書 6 雙酚 A型環(huán)氧樹脂的合成 合成原理 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂 [2]又稱雙酚 A 縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂，因原料來 源方便、成本低，所以在環(huán)氧樹脂中應用最廣，產(chǎn)量最大，約占環(huán)氧樹脂總量的 85%以上，雙酚 A型環(huán)氧樹脂是由雙酚 A 和環(huán)氧氯丙烷和在氫氧化鈉催化下反應制得的，雙酚 A 和環(huán)氧氯丙烷都是二官能度化合物，所以合成所得的樹脂是線型結構。 反應原理如下： H 2 CHCOC H 2 C l N a O H CC H 3C H 3H O O H+( n + 2 ) ( n + 2 ) + ( n + 1 )H 2 CHCOH 2C CC H 3C H 3O OH 2CHCH 2CO H*nCC H 3C H 3O O C H 2CHOH2C+ ( n + 2 ) N a C l + ( n + 2 ) H 2 O 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂實際上是由低分子量的二環(huán)氧甘油醚、雙酚 A 以及部分高分子量聚合物組成。 工業(yè)上雙酚 A 型環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步 法兩種。低、中分子量的樹脂一般用一步法合成，而高分子量的樹脂既可用一步法，也可以用二步法合成。 ⑴ 一步法 一步法是將一定摩爾比的雙酚 A 和環(huán)氧氯丙烷在 NaOH 作用下進行縮聚，用于合成低、中分子量的雙酚 A 型環(huán)氧樹脂。國產(chǎn)的 E E1 E14 和 E44 等環(huán)氧樹脂均是采用一步法生產(chǎn)的。一步法又可分為水洗法、溶劑法和溶劑萃取法。 水洗法是先將雙酚 A 溶于 10%的 NaOH 水溶液中，在一定溫度下一次性加入環(huán)氧氯丙烷，使之進 行反應，反應完畢后靜置，除去上層堿液，然后用沸水洗滌十幾次，除去樹脂中殘存的堿和鹽類，最后脫水即得產(chǎn)品。 溶劑萃取法與水洗法基本相同，只是在后處理時在除去上層堿水后，不是先用沸水洗滌，而是先用溶劑將樹脂萃取出來，再經(jīng)水洗、過濾和脫除溶劑得產(chǎn)品。此法生產(chǎn)武漢工程大學郵電與信息工程學院課程設計說明書 7 的樹脂雜質比水洗法少，樹脂透明度好。國內廠家多采用此法。 溶劑法是先將雙酚 A、環(huán)氧氯丙烷和有機溶劑投入反應釜中，攪拌溶解后，升溫到 50~75℃ ，滴加 NaOH 溶液使之進行反應。也可先加入催化劑使反應物醚化，然后再加入 NaOH 溶液脫 HCl進行閉 環(huán)反應。到達反應終點后加入大量的溶劑進行萃取，之后進行水洗、過濾，脫除溶劑后即得產(chǎn)品。本法反應溫度易于控制，樹脂透明度好，雜質少，收率高。 ⑵ 二步法 二步法又有本體聚合法和催化聚合兩種。本體聚合法是將低分子量的環(huán)氧樹脂和雙酚 A 加熱溶解后，再在 200℃ 高溫下反應 2h 即得產(chǎn)品。本體聚合法市在高溫下進行，副反應多，生成物中有支鏈，產(chǎn)品不僅環(huán)氧值低，而且溶解性差，反應過程中甚至會出現(xiàn)凝鍋現(xiàn)象。催化聚合法是將低分子量的雙酚 A 型環(huán)氧樹脂和雙 酚 A 加熱到 80~120℃溶解，然后加入催化劑使其反應，因反應放熱而自然升溫，放熱完畢后冷至 150~170℃反應 ，過濾即可得到產(chǎn)品。 一步法是在水介質中呈乳液狀態(tài)進行的，后處理較困難，樹脂的分子量分布較寬，有機氯含量高，不易制得環(huán)氧值高、軟化點也高的樹脂產(chǎn)品。而二步法是在有機溶劑中呈均相狀態(tài)進行的，反應較平穩(wěn)，樹脂分子量分布較窄，后處理相對較容易，有機氯含量低、環(huán)氧值和軟化點可通過原料配比和反應溫度來控制。二步法具有工藝簡單、操作方便、投資少，以及工時短、無三廢、產(chǎn)品質量易控制和調節(jié)等優(yōu)點， 因而目前受到重視。 武漢工程大學郵電與信息工程學院課程設計說明書 8 第二章 工藝流程設計 生產(chǎn)原理 反應機理 本次設計采用一步法中的溶劑萃取法工藝將雙酚 A 與環(huán)氧氯丙烷在 NaOH 作用下進行縮聚反應，并且利用甲苯和甲基異丁基酮作溶劑制造中等相對分子質量的固態(tài)環(huán)氧樹脂 CYD014[3]型。 首先將水和燒堿在溶解釜中混合配成一定濃度 (8~12%)的溶液，再加入定量的雙酚A，使 BPA 充分溶解，然后送入反應釜，在一定的溫度下快速加入計量好的 ECH，并維持在一定溫度 (90~98 C? )下反應 60～ 90min，反應完后加溶劑 (甲苯 )溶解，溶解好后送入精制釜，除去鹽、廢聚物、堿及其他雜質。樹脂母液經(jīng)過濾后脫溶劑，脫去溶劑的樹脂經(jīng)冷卻成型進入包裝崗位包裝成袋。 加工原理 溶 解：雙酚 A 溶與 NaOH 溶液中，形成雙酚 A 鈉鹽 。 精 制：利用相似相溶原理，在粗樹脂中加入甲苯及水，甲苯溶解樹脂，水溶解樹脂中的鹽而達到物質分離的目的，除去樹脂中的鹽、機械雜質等。 脫溶劑：在高溫低壓條件下，政法樹脂溶液中的溶劑成分甲苯和甲基異丁基酮，然后冷凝溶劑蒸汽 回收后循環(huán)利用，高溫樹脂在接片機的鋼帶上鋪成薄膜，然后利用冷卻水冷卻鋼帶進而冷卻樹脂，使樹脂凝固然后破碎成片狀后包裝。 廢聚物處理：利用相似相溶原理，在廢聚物中加入甲苯和甲基異丁基酮，溶解廢聚物中額度樹脂，分離樹脂與廢聚物，除去廢聚物。 影響因素 原料配比的影響： ECH/BPA：比值越大，環(huán)氧當量越低，相應的黏度、軟化點也越低；比值越小，環(huán)氧當量越高，當比值過小時，樹脂會發(fā)生凝膠化，俗稱 “硬鍋 ”。 NaOH/BPA：比值有一定的范圍，數(shù)值增大，有利于樹脂中有機氯的降低，粘度增高，環(huán)氧當量增加； 數(shù)值降低時，有利于樹脂中有機氯含量增高，環(huán)氧當量增加。 配堿溶度的影響：溶解崗位中堿 (NaOH)的配比溶度對反應速度有很大的影響，配堿溶度過低時 (5%)，將引起樹脂生成困難，過高時，樹脂黏度偏高，廢聚物增多。 武漢工程大學郵電與信息工程學院課程設計說明書 9 反應溫度的影響：反應溫度越高，反應速度越快，并有利于樹脂中氯醇基團環(huán)化，但是不利于 ECH 的存在，在堿性條件下， 60 C? 以上 ECH 容易水解。而又因為樹脂反應為放熱反應，因此，溫度在反應剛開始的控制較低，反應一定時間后控制在 92～ 95C? 。 反應時間的影響：反應時間越長，反應越充分，但時間過長，樹脂當量略有升高，而且又影響生產(chǎn)能力。反應時間太短，反應不充分，環(huán)氧當量偏低，有機氯偏高。 原材料本身的影響：原材料的純的、色度，特別是 BPA 的質量對品質質量居有很大的影響，該材料應嚴格把關。 工藝流程 工藝流程簡圖 LA TI蒸汽RCW1CW1R1111溶解釜LATI蒸汽RCW1CW1R1121溶解釜K 1 2 0 3 結片機K 1 2 0 4 袋式包裝機LATIF1142樹脂溶液過濾器PLILILILILI LILITIT1102燒堿進料罐T1101新E C H進料罐T1104溶劑罐D1142廢聚物接受罐T1144回收水罐T1145廢水罐T1146樹脂溶劑罐T1147回收水罐R1104精制釜W1111雙酚A料斗稱鋅粉氮氣放空D1125ECH中間罐FIQ1103FIQ1102PPWFIWQLAPPWFIPI冷凝液FIQ1103FIQ1151D1153溶劑中間罐FIQ1152CHWK1151第二蒸發(fā)器TILIE1151第一蒸發(fā)器D1152緩沖罐E 1 1 5 4 冷凝器 E 1 1 5 5 冷凝器E 1 1 5 2 冷凝器E 1 1 5 3 冷凝器E 1 1 2 1 溶劑冷凝器V1156真空泵蒸汽磷酸氮氣FIQ1103氫氧化鈉管V1157真空泵BRLRBRLRCHWCHWRCWCWIRBRHBRHP暗溝T1151樹脂溶液罐一脫二脫簽字 時間設計制圖校核職責審核武漢工程大學郵電與信息工程學院年產(chǎn) 5 0 0 0 噸環(huán)氧樹脂工廠設計流程圖專業(yè)班級共 1 張第 1 張11 高分子材料與工程 03 班圖 21 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝 流程圖 工藝流程簡述 在溶解釜 R1111 中，首先將 PPW 通過 FIQ1103 準確計量加入其內，然后通過FIQ1102 將 NaOH 準確計量加入，配成一定堿溶液，然后在一定溫度下加入一定量的BPA 溶解。溶解充分后送入反應釜 R1121 中，同時，通過 FIQ1123 準確計量精 ECH，武漢工程大學郵電與信息工程學院課程設計說明書 10 待反應充分后加入一定溶劑 (甲苯 )將生成液溶解，溶解充分送入精制釜 R1141 中，通過甲苯，加 PPW，攪拌，靜置，分液等操作，分去樹脂中的水、鹽、堿及雜質。得到的樹脂液放入 T1146 中，然后通過 F1142 樹脂溶液過濾器過濾， 濾去微小雜質后送入脫溶劑工序，在 E1151 利用高溫低壓條件，脫去大量溶劑后送到 K1151 中，利用更高溫度，更低壓力的條件徹底的脫出溶劑，得到的熔融樹脂經(jīng) K1203 冷卻成型后包裝成袋，脫去的溶劑經(jīng)冷卻后回收重新利用。 生產(chǎn)工藝條件 工藝條件 表 21 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝條件 序號 項目名稱 單位 指標 1 溶解溫度 C? 40～ 60 2 溶解時間 Min 40～ 55 3 ECH 投入溫度 C? 40～ 55 4 反應溫度 C? 85～ 100 5 分液溫度 C? 65～ 85 6 一脫溫度 C? 160～ 180 7 一脫絕對真