高品质双酚A型液体环氧树脂合成研究

论文摘要

本论文针对目前国内双酚A型液体环氧树脂环氧值偏低,色泽较深,透明度不好等问题进行了深入的剖析,首先改进了合成树脂的常规装置,采用FTIR分析法对环氧数值进行定性分析,并对于液体环氧树脂的几种合成方法,即一步法、两步法和混合法进行了深入的研究,考察了各种合成条件对树脂环氧指数的影响,并合成出了具备高环氧值,低粘度,透明性好等优点的高品质液体双酚A型环氧树脂,论文主要工作如下：1、在实验操作中观察发现,常规合成装置反应中会产生气阻,影响体系中水份含量；恒压漏斗滴加溶液碱,不能保证足够的匀速；四氟搅拌在使用很短时间后会产生漏气现象,密封效果不佳,实验结果的重复性无法保证。因此,实验中对合成装置进行了改造,采用了宽口四口瓶和分水器减少气阻,采用机械密封搅拌代替四氟搅拌,采用机械强制加碱方式代替恒压漏斗滴碱方式,保证了实验结果的重复性。2、通常,工业上采用盐酸—丙酮法测定环氧树脂环氧值,这种方法具有操作简便、快捷的优点,但是误差大。本实验中,我们提出用FTIR分析法代替盐酸—丙酮法分析该种液体环氧树脂环氧基团含量的指标。该FTIR分析法采用红外光谱仪对环氧树脂进行分析,分析其中的特征基团峰的位置和面积,从而定性表征环氧树脂中环氧基团的含量。在本实验研究的特定环氧树脂条件下,该方法具有分析重复性好、准确度和精度高的特点。3、采用一步法合成了环氧树脂,考察了醚化反应、闭环反应、精制反应中反应条件对合成树脂的环氧指数的影响,结果表明：当醚化反应温度从60℃升高到80℃时,双酚A的转化率从68%降低到56%；闭环反应的加碱量对环氧树脂的环氧指数有重要影响,当碱量滴碱量没有达到1.8倍双酚A摩尔数时,树脂的环氧指数随着滴碱量增加而变大；当滴碱量超过1.8双酚A摩尔数时,反应过程中副反应增加,从而造成废聚物增加,环氧指数不升反降。精制过程当闭环反应碱量大于1.7倍的BPA摩尔数时,精制反应不会提高树脂的环氧指数,当闭环反应碱量小于等于1.6倍的BPA摩尔数时,精制反应可以提高树脂的环氧指数,最后采用优选一步法工艺合成环氧树脂,环氧指数达到0.54-0.56。4、采用二步法合成了环氧树脂,考察了醚化反应时间、反应温度、相转移催化剂用量、相转移催化剂种类等对合成树脂的环氧指数的影响,使用四甲基溴化铵为相转移催化剂,当醚化反应温度为58—60℃,反应时间为40—120min,闭环反应温度为60—62℃,反应时间为3小时,得到的液体环氧树脂色泽浅,环氧指数为0.570-0.593。反应不需要精制过程,大大缩短反应周期,并且过程中无废水产生。在此基础上深入考察了二步法醚化阶段反应温度、反应时间、催化剂用量以及种类对于醚化程度和双酚A转化率的影响,进而选择醚化效果最好的一组反应条件即醚化温度为80℃醚化时间3小时来合成环氧树脂,树脂各项性能指标接近理论值,环氧指数为0.610-0.629。5、根据一步法和二步法的合成反应研究结果,提出了一种新的合成路线——混合法合成环氧树脂,即采用碱和季铵盐同时催化醚化反应的方法合成环氧树脂,首先加季铵盐在58℃下醚化反应60min,然后加碱醚化120min,然后滴加碱进行闭环反应得到环氧树脂。反应过程省去精制反应步骤,得到的树脂的环氧指数为0.558。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 环氧树脂的发展简介
• 1.2 环氧树脂的定义和分类
• 1.2.1 环氧树脂的定义
• 1.2.2 环氧树脂的分类
• 1.3 液态双酚A环氧树脂的合成
• 1.3.1 液态双酚A型环氧树脂的合成反应原理
• 1.3.2 双酚A型环氧树脂的合成方法
• 1.4 环氧树脂的现状与展望
• 1.5 实验目的和意义要求
• 第二章 实验部分
• 2.1 试验原料
• 2.2 一步法合成液体环氧树脂的合成
• 2.3 二步法合成液体环氧树脂
• 2.4 混合法合成液体环氧树脂
• 2.5 分析测试
• 2.5.1 环氧值滴定：盐酸-丙酮法
• 2.5.2 红外分析
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 合成装置对环氧树脂性质的影响
• 3.1.1 合成装置的改进
• 3.1.2 合成装置对树脂环氧指数的影响
• 3.1.3 合成装置对树脂分子量分布的影响
• 3.1.4 合成装置对树脂中废聚物的影响
• 3.1.5 合成装置对树脂色泽的影响
• 3.2 一步法合成环氧树脂的研究
• 3.2.1 几种典型工业液体环氧树脂的质谱分析
• 3.2.2 一步法醚化反应条件对双酚A转化率的影响
• 3.2.3 一步法闭环反应条件对树脂的环氧指数影响
• 3.2.3.1 碱量对树脂环氧指数的影响
• 3.2.3.2 碱浓度对树脂环氧指数的影响
• 3.2.4 精制反应条件对树脂的环氧指数的影响
• 3.3 二步法合成环氧树脂的研究
• 3.3.1 醚化时间对树脂环氧指数的影响
• 3.3.2 相转移催化剂种类对树脂环氧指数的影响
• 3.3.3 醚化反应的研究
• 3.3.3.1 单体双酚A的高效液相分析
• 3.3.3.2 高效液相分析醚化产物中BPA含量的方法（催化剂为NaOH）
• 3.3.3.3 醚化温度对双酚A转化率的影响
• 3.3.3.4 醚化时间对双酚A转化率的影响
• 3.3.3.5 醚化阶段四甲基溴化铵用量对双酚A转化率的影响
• 3.3.3.6 最优条件合成液体环氧树脂
• 3.4 混合法合成工艺对环氧树脂指标的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件