⑴ 酚醛树脂的历史
酚醛树脂 又称电木粉。
原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。
不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。酚醛树脂是以酚及其同系物或取代酚与醛类缩聚而得的树脂状物质的总称。
其中以苯酚与甲醛缩聚而得的酚醛树脂最为重要。它包括:线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。
主要用于生产压塑粉、层压塑料;制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料;制造日用品、装饰品;制造隔音、隔热材料等。
一些树木的分泌物常会形成树脂,不过琥珀却是树脂的化石,虫胶虽然也被看成树脂,但磨野却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。
由虫胶制成的虫胶漆,最初只用作木材的防腐剂,但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后,天然产物已无法满足电气化的需要,促使人们不得不寻找新的廉价代用品。
早在1872年德国化学家拜耳(A.Bayer)首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物,但因它们无仿游返法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后,苯酚已经能从煤焦油中大量获得,甲醛也作为防腐剂大量生产,因此二者的反应产物更加引人关注备饥,希望开发出有用的产品,尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动,但都没有达到预期结果。
1904年,贝克兰和他的助手也开展这项研究,最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆,经过三年的艰苦努力,终于在1907年的夏天,不仅制出了绝缘漆,而且还制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite,它就是人们熟知的“电木”“胶木”或酚醛树脂。Bakelite一经问世,很快厂商发现,它不但可以制造多种电绝缘品,而且还能制日用品,爱迪生(T.Edison)用于制造唱片,不久又在广告中宣称:已经用Bakelite制出上千种产品,于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”。
在1940年以前,以煤焦油为原粒的酚醛树脂,一直居各种合成树脂产量之首,每年达20多万吨,但此后随着石油化工的发展,聚合型的合成树脂如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大,随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立,它们已成当今产量最多的四类合成树脂。到今天,合成树脂再加上添加剂,通过各种成型方法即得到塑料制品,塑料的品种有几十种,世界年产量在1.2亿吨左右,我国也在500万吨以上,它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。
。
钒先后被两次发现。
第一次是在1801年由墨西哥城的矿物学教授节烈里瓦发现的。他发现它在亚钒酸盐样本中,钒矿石这个样本就是Pb5(VO4)3Cl,由于这种新元素的盐溶液在加热时呈现鲜艳的红色,所以被取名为“爱丽特罗尼”,即“红色”的意思,并将他送到巴黎。
然而,法国化学家推断它是一种被污染的铬矿石,所以没有被人们公认。第二次发现是在1830年,瑞典化学家塞夫斯特伦(SefstromNG,1787-1845。)
在研究斯马兰矿区的铁矿时,用酸溶解铁,在残渣中发现了钒。因为钒的化合物的颜色五颜六色,十分漂亮,所以就用古希腊神话中一位叫凡娜迪丝“Vanadis”的美丽女神的名字给这种新元素起名叫“Vanadium”。
中文按其译音定名为钒。塞夫斯特伦、维勒、贝采里乌斯等人都曾研究过钒,确认钒的存在,但他们始终没有分离出单质钒。
后来到了1830年写佛寺特勒木在由瑞典铁矿石提炼出的铁中发现了它,并肯定这是一种新元素称之为钒,他能够证明它是一种新的元素,并因此击败了一位与他竞争的化学家,来自在锡马潘(墨西哥)的FriedrichW?hler,他也在对另一种钒矿石进行研究。 在塞夫斯特伦发现钒后三十多年,1869年英国化学家罗斯科(RoscoeHE,1833-1915)用氢气还原二氧化钒,才第一次制得了纯净的金属钒,而且他证明了之前的金属样本其实是氮化钒(VN)。
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好像不是的
1997 年4月,来自芝加哥地区的急救药物专家弗兰克·贝克(Frank Baker)博士参加了一次临床试验,测试适合正在治疗对胰岛素有依赖性的糖尿病人的人造皮肤的形态,这些病人由于慢性高血糖的副作用而导致组织发生了退化。Baker自己患有糖尿病也已经有四十年的历史,他自己也由于难以治愈的皮肤溃疡而有失去一只脚的危险。对他来说,这次试验的结果简直就是个奇迹:在实验室中培养的皮肤不但覆盖和保护了他的伤口,同时还释放出一种化学物质,使得他自己的组织以快得多的速度开始复原。以Baker博士自己的话来说就是:人造皮肤挽救了我的脚。
让这个医学奇迹奏效的物质就是由聚合物合成出来的,这种聚合物实际上是有很多种不同的小分子以化学的方式组合在一起形成的长分子链。
第一块人工合成皮肤是由白克和亚诺斯发明的,贝克是马萨诸塞总医院外伤科的负责人,亚诺斯是麻省理工学院的化学教授。
以酚醛树脂或改性酚醛树脂为主要成膜物质制成的一类涂料称酚醛漆类。
酚醛树脂是最早发展的合成树脂之一,被应用于制造涂料已有将近70年历史。虽然目前合成树脂已相当发达,但由于它成本低,并赋予涂料以一定硬度、光泽、快千、耐水、耐酸碱及绝缘等性能,因此在涂料工业中仍占有较大的比重,广泛应用于木器、建筑、船舶、机械、电气及防化学腐蚀涂料等方面。
酚醛树脂是由酚与醛经缩聚反应制得的树脂,主要原料是苯酚及甲醛。此外,也可以用其他的酚类,如甲酚、二甲酚、问苯二酚及其他的醛如糠醛,有时也有用苯胺、苯酚与甲醛缩聚。生成酚醛缩合物的常用反应是甲醛与酚生成羟甲基酚,然后再进一步缩合,去除水分,产生缩合物而成亚甲基桥,反应式如下:
按照所用原料的化学结构,酚与醛的克分子比以及催化剂的性质不同,所制成的酚醛树脂具有不同的性质。下面讨论涂料用酚醛树脂类型、酚醛树脂涂料及其应用。
1.涂料用酚醛树脂的类型
涂料用酚醛树脂有三类:醇溶性酚醛树脂、改性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。
这三种树脂中,100%油溶性纯酚醛树脂与桐油炼制的油漆性能最好,但树脂来源较缺、成本也高,未大量使用;松香改性酚醛树脂来源广泛、成本低廉、炼制时易于操作,与桐油炼制的漆仍部分地保留酚醛树脂的抗化学药品性、耐候性、耐水性、绝缘性,漆膜光亮坚硬,可白干或烘干,在酚醛树脂漆中占有很大比重;醇溶性酚醛的使用范围不太广。
2.酚醛树脂漆用途
1)醇溶性酚醛树脂漆
这类漆是由醇溶性酚醛树脂溶于醇类溶剂中制得的,一般多属于热固性酚醛清漆,它们是不用油脂的一类漆,经烘烤干燥后漆膜坚韧,附着力好,具有良好的耐油、耐水、耐热、耐酸碱和溶剂等性能,而且还有良好的绝缘性和一定的粘结强度,多供粘合层压制品、电绝缘零件表面处理和罐头内部及底盖部涂装用。例如F01 6酚醛酵溶清漆具有良好的防潮性和绝缘性,用于粘合层制品及绝缘零件。
2)改性酚醛树脂
未改性的酚醛树脂与油类及其他一些树脂互不混溶,若单独造漆,则漆膜较脆,因此应用较少。在酚醛漆类中,应用的酚醛树脂大部分是改性酚醛树脂,酚醛树脂经改性之后改善了油溶性及其他一些树脂的混溶性,在酚醛漆类及其他一些漆类中得到了广泛的应用。酚醛树脂的改性一般有松香改性和丁醇改性两种方法。
①松香改性酚醛树脂漆:这类漆是松香改性酚醛树脂与干性油等熬炼制成的各种油度的漆料,再加入催干剂、溶剂、颜料等经研磨调制而成的,产品有各种清漆、磁漆、底漆和腻子。
松香改性酚醛树脂漆的漆膜坚硬耐久、干性良好,有一定的耐水、耐酸碱和绝缘性能,并且价格低廉、品种较多,在酚醛漆类中占有重要地位,缺点是漆膜易泛黄。该类漆广泛用于木器家具、建筑、一般机械产品以及船舶、绝缘漆等。
②丁醇改性酚醛树脂漆:这类漆是丁醇改性酚醛树脂溶于苯类溶剂中作主要成膜物质制成的,其漆膜耐水、耐酸性较好,但较脆,需高温烘烤干燥。因此,一般将其与油或其他树脂合用,这种制出的漆膜耐腐蚀性好、漆膜柔韧,如F23-2酚醛罐头漆,F52 1酚醛防腐烘漆等均属这类漆。
3)油溶性纯酚醛树脂漆
这类漆是用油溶性酚醛树脂和干性油热炼产物做漆料制成的。
根据纯酚醛树脂与油的比例不同,也可分短、中、长油度三种类型漆,可制成底漆、磁漆和清漆等品种。
纯酚醛树脂具有很好的耐水性、耐酸性、耐溶剂性和电绝缘性能,与干性油热炼,尤其是与桐油热炼后所制成的涂料漆膜坚硬而有韧性、干燥快、附着力好、耐候性稍次于醇酸树脂漆,但耐水、耐化学腐蚀性比醇酸漆好,因此纯酚醛树脂漆适宜于水下、室外作防腐涂层用,它在船舶、化工设备、电气绝缘使用的涂料中有比较显著的地位,可与各种面漆配套。它与环氧底漆一样,均为金属底漆的重要品种,得到了广泛应用。
但是,各类酚醛漆均有不同程度的泛黄性,因此酚醛漆类中,一般没有白色磁漆品种。
3.酚醛树脂漆施工要点
酚醛树脂漆施工要注意下面几点:
①醇溶性酚醛树脂漆用乙醇作稀释剂。改性酚醛树脂漆用2OO号溶剂汽油或松节油作稀释剂,油溶性纯酚醛短油度漆以二甲苯作稀释剂,中油度漆用二甲苯与2∞号溶剂汽油
各50%的混合液作稀释剂,长油度漆的稀释剂为200号溶剂汽油或松节油。
②此类漆刷涂、喷涂均可以。工作黏度:喷涂用20s~30s,刷涂用70s~110s。
③干燥条件:常温F实干需要18h。
④烘干型的漆一定要按技术要求进行烘烤。
1.塑料的发展史
天然树脂的使用可以追溯到古代,但现代塑料工业形成于1930年, 近40年来获得了飞速的发展。
树脂这一名称是由树木分泌出的脂质而得的。人类最早使用的天然树脂是松香、虫胶等。天然树脂的生产受到地区的限制而产量不大,质量也不高,使用受到限制。人们为了寻求天然树脂的代用品,1846年用纤维素(棉花)和硝酸制得硝酸纤维素,将潮湿的硝酸纤维素和樟脑混合,制成虫胶的代用品,于1872年建厂生产。虽然从发现至今已有一百余年,但目前仍在广泛使用,常用名称为赛璐珞, 如乒乓球、玩具、梳子、钮扣等。随着人类对塑料材料需求的增长和科学技术水平的提高,人们开发出了比天然树脂用途广泛得多的合成树脂。合成树脂是由低分子量的化合物经过化学反应制得的高分子量的树脂状物质,在常温常压下一般是固体,也有为粘稠状液体的。第一个合成树脂品种为热固性酚醛树脂(俗名电木),它是由苯酚和甲醛在催化剂作用下制得的。从1907年建立了第一个酚醛树脂厂算起,便开始进入合成高分子时期,1931年开始了第一个热塑性树脂聚氯乙稀树脂的工业生产,此后合成高分子工业发展迅速,聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯等陆续工业化生产。目前有工业生产的约30大类树脂。在三大合成材料(合成树脂与塑料、合成橡胶、合成纤维)中,以合成树脂生产最早、产量最大、应用最广。据统计,1995年世界合成树脂产量约1.2亿吨,我国大陆合成树脂产量约440万吨。
塑料工业发展史(卷名:化工) history of plastics instry 从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起,塑料工业迄今已有120年的历史。
其发展历史可分为三个阶段。 天然高分子加工阶段 这个时期以天然高分子,主要是纤维素的改性和加工为特征。
1869年美国人J。W。
海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质,热压下可成型为塑料制品,命名为赛璐珞。1872年在美国纽瓦克建厂生产。
当时除用作象牙代用品外,还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等,从此开创了塑料工业,相应地也发展了模压成型技术。 1903年德国人A。
艾兴格林发明了不易燃烧的醋酸纤维素和注射成型方法。1905年德国拜耳股份公司进行工业生产。
在此期间,一些化学家在实验室里合成了多种聚合物,如线型酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等,为后来塑料工业的发展奠定了基础。 1904年世界塑料产量仅有10kt,还没有形成独立的工业部门。
合成树脂阶段 这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。1909年美国人L。
H。贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面,做出了突破性的进展,取得第一个热固性树脂──酚醛树脂的专利权。
在酚醛树脂中,加入填料后,热压制成模压制品、层压板、涂料和胶粘剂等。这是第一个完全合成的塑料。
1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在40年代以前,酚醛塑料是最主要的塑料品种,约占塑料产量的2/3。
主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。 1920年以后塑料工业获得了迅速发展。
其主要原因首先是德国化学家Н。施陶丁格提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不熔不溶性热固性树脂的交联网状结构理论,1929年美国化学家W。
H。卡罗瑟斯提出了缩聚理论,均为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。
同时,由于当时化学工业总的发展十分迅速,为塑料工业提供了多种聚合单体和其他原料。当时化学工业最发达的德国迫切希望摆脱大量依赖天然产品的局面,以满足多方面的需求。
这些因素有力地推动了合成树脂制备技术和加工工业的发展。 第一个无色的树脂是脲醛树脂。
1928年,由英国氰氨公司投入工业生产。1911年,英国F。
E。马修斯制成了聚苯乙烯,但存在工艺复杂、树脂老化等问题。
1930年,德国法本公司解决了上述问题,在路德维希港用本体聚合法进行工业生产。在对聚苯乙烯改性的研究和生产过程中,已逐渐形成以苯乙烯为基础,与其他单体共聚的苯乙烯系树脂,扩展了它的应用范围。
1931年,美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯,制造出有机玻璃。 1926年,美国W。
L。西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加热下溶于高沸点溶剂中,在冷却后,意外地得到柔软、易于加工、且富于弹性的增塑聚氯乙烯。
这一偶然发现打开了聚氯乙烯得以工业生产的大门。 1931年德国法本公司在比特费尔德用乳液法生产聚氯乙烯。
1941年,美国又开发了悬浮法生产聚氯乙烯的技术。从此,聚氯乙烯一直是重要的塑料品种,它又是主要的耗氯产品之一,在一定程度上影响着氯碱工业的生产。
1939年,美国氰氨公司开始生产三聚氰胺-甲醛树脂的模塑粉、层压制品和涂料。 1933年英国卜内门化学工业公司在进行乙烯与苯甲醛高压下反应的试验时,发现聚合釜壁上有蜡质固体存在,从而发明了聚乙烯。
1939年该公司用高压气相本体法生产低密度聚乙烯。1953年联邦德国K。
齐格勒用烷基铝和四氯化钛作催化剂,使乙烯在低压下制成为高密度聚乙烯,1955年联邦德国赫斯特公司首先工业化。 不久,意大利人G。
纳塔发明了聚丙烯,1957年意大利蒙特卡蒂尼公司首先工业生产。从40年代中期以来,还有聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯等陆续投入了工业生产。
塑料的世界总产量从1904年的10kt,猛增至1944年的600kt,1956年达到3。 4Mt。
随着聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等通用塑料的发展,原料也从煤转向了以石油为主,这不仅保证了高分子化工原料的充分供应,也促进了石油化工的发展,使原料得以多层次利用,创造了更高的经济价值。 大发展阶段 在这一时期通用塑料的产量迅速增大,聚烯烃塑料在70年代又有聚1-丁烯和聚 4-甲基-1-戊烯投入生产。
形成了世界上产量最大的聚烯烃塑料系列。同时出现了多品种高性能的工程塑料。
1958~1973年的16年中,塑料工业处于飞速发展时期,1970年产量为30Mt。除产量迅速猛增外,其特点是:①由单一的大品种通过共聚或共混改性,发展成系列品种。
如聚氯乙烯除生产多种牌号外,还发展了氯化聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物、共混或接枝共聚改性的抗冲击聚氯乙烯等。 ②开发了一系列高性能的工程塑料新品种。
如聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树酯、聚苯醚、聚酰亚胺等。③广泛采用增强、复合与共混等新技术,赋予塑料以更优异的综合性能,扩大了应用范围。
1973年后的10年间,能源危机影响了塑料工业的发展速度。70年代末,各主要塑料品种的世界年总产量分别为:聚烯烃19Mt,聚氯乙烯超过100kt,聚苯乙烯接近80kt,塑料总产量为63。
6Mt。
从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起,塑料工业迄今已有120年的历史。其发展历史可分为三个阶段。
天然高分子加工阶段这个时期以天然高分子,主要是纤维素的改性和加工为特征。1869年美国人J.W. 海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质,热压下可成型为 塑料制品,命名为赛璐珞。1872年在美国 纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外,还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等,从此开创了塑料工业,相应地也发展了模压成型技术。
1903年德国人A.艾兴格林发明了不易燃烧的 醋酸纤维素和注射成型方法。1905年德国拜耳股份公司进行工业生产。在此期间,一些化学家在实验室里合成了多种聚合物,如线型 酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等,为后来塑料工业的发展奠定了基础。1904年世界塑料产量仅有10kt,还没有形成独立的 工业部门。
合成树脂阶段这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。1909年美国人L.H.贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面,做出了突破性的进展,取得第一个 热固性树脂──酚醛树脂的专利权。在酚醛树脂中,加入填料后,热压制成模压制品
PVC树脂是一个极性非结晶性高聚物,分子之间有较强的作用力,是一个坚硬而脆的材料;抗冲击强度较低。
加人冲击改性剂后,冲击改性剂的弹性体粒子可以降低总的银纹引发应力,并利用粒子自身的变形和剪切带,阻止银纹扩大和增长,吸收掉传人材料体内的冲击能,从而达到抗冲击的目的。改性剂的颗粒很小,以利于增加单位重量或单位体积中改性剂的数量,使其有效体积份数提高,从而增强了分散应力的能力。
目前应用比较广泛的为有机抗冲击改性剂。 我见意你去大大化工网上寻找有关于PVC树脂的文章,那里会对你有帮助。
乙烯基酯树脂是由环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制得。它保留了环氧树脂的基本链段,又有不饱和聚酯树脂的良好工艺性能,它在适宜条件下固化后,表现出某些特殊的优良性能。故自二十世纪六十年代以来,获得了迅速发展,首先由美国壳牌化学(Shell Chemical)推出Epocrgl品牌,然后在1966年由美国Dow化学推出Derakane品牌,紧随推出的是Ashland化学的Hetron品牌,以及日本的昭和高聚物株式会社的Ripoxy品牌,其它的国外品牌或生产商有AOC、Interplastics等,而国内也研发自己的乙烯基酯树脂,如上海富晨FUCHEM、华昌MFE、上纬SWANCOR等。随着乙烯基树脂的发展,乙烯基酯树脂生产的企业越来越多,因此目前国内外市场上的品牌和种类繁杂。主要厂家和牌号如下:
表2.1 国内外乙烯基酯树脂牌号一览表 公司 陶氏化学 亚什兰化学 昭和聚合物 DSM公司 上纬企业 上海富晨 Reichhold 国度 美国 美国 日本 荷兰 中国台湾 上海 挪威 品牌 Derakane Hetron Ripoxy Atlac Swancor Fuchem Norpol Dion 标准型双酚A环氧乙烯基酯 411 922 806 430 901 854 9100 阻燃型环氧乙烯基酯 510 992 550 750 905 892 9300 酚醛环氧乙烯基酯 470 980 630 590 907 890 9400 高交联密度型环氧乙烯基酯 — 970 600 — 977 898 9700 柔性环氧乙烯基酯 8084 — — — 980 810 — PU改性型环氧乙烯基酯 — — — 580 — 820 9800
⑵ 环己酮几种生产方法成本对比
环己酮是一种重要的有机化工产品,具有高溶解性和低挥发性,可以作为特种溶剂,对聚合物如硝化棉及纤维素等是一种理想的溶剂;也是重要的有机化工原料,是制备己内酰胺和己二酸的主要中间体。1893年A. Bayer采用庚二酸和石灰(庚二酸钙)干馏首先合成了环己酮。1943年德国I.G.Farben公司建成了苯酚加氢法合成环己酮生产装置。1960年德国BASF公司采用环己烷氧化法建成大型环己酮生产装置,使环己烷氧化技术得以迅速发展,并导致聚酰胺纤维的大规模发展。
早期,国内环己酮只是己内酰胺的中间产品,厂家的环己酮生产能力与己内酰胺装置相匹配,只有很少量的商品环己酮供应市场。环己酮作为一个独立的行业成长和发展起来,主要有两个原因:一是由于环己酮的用途不断扩大,特别是作为一种高档的有机溶剂,在涂料、油墨、胶粘剂等行业被广泛应用,形成了较大的商品市场;二是国产化己内酰胺存在着装置规模、工艺技术、产品质量、生产成本等问题,导致国产化己内酰胺装置步履艰难。目前,除巨化公司的己内酰胺还在勉强维持生产外,其它厂家只生产商品环己酮。不少厂相继对环己酮装置进行了扩能改造,扩大了环己酮商品量,形成了相当规模的行业,成为一种大宗石油化工产品。
2环己酮的生产工艺及开发进展
2.1 环己酮的传统生产工艺
世界上环己酮工业生产工艺主要有两种:环己烷液相氧化法和苯酚加氢法,目前90%以上的环己酮是采用环己烷液相氧化法生产的。
(1)环己烷液相氧化法
目前工业生产中环己烷液相氧化法有两条氧化工艺路线,一种为催化氧化工艺,另一种为无催化氧化工艺。催化氧化工艺主要是采用钴盐、硼酸或偏硼酸为催化剂。
钴盐催化氧化法一般采用环烷酸钴为催化剂,环己烷在钴盐催化作用下与空气发生氧化反应,该过程首先是环己烷与氧气通过自由基反应形成环己基过氧化氢,然后该过氧化物在催化剂作用下受热分解,生成环己酮、环己醇。环己烷转化率一般在5%左右,停留时间小于50min,温度在160℃左右,压力1.1MPa左右,其停留时间较短,设备要求低、利用率较高,环己醇、环己酮的选择性在80%左右,但该反应过程中产生的羧酸易与催化剂反应,生成羧酸钴盐,残留在设备及管道上,结渣堵塞管道和阀门,使装置开车周期降低,且环己醇、环己酮的选择性较低,消耗增高。
硼酸催化氧化法是以硼酸或偏硼酸为催化剂的环己烷空气氧化法,可以提高环己烷转化率和醇酮的选择性。在氧化时,硼酸与环己基过氧化氢生成过硼酸环己醇酯,然后转变为硼酸环己醇酯。硼酸也可以直接和环己醇反应生成硼酸环己醇酯和偏硼酸环己醇酯。环己醇成酯以后具有抗氧化性和热稳定性,防止了进一步氧化。硼酸催化氧化可提高环己烷转化率到10%~12%,醇酮选择性提高到90%。硼酸氧化反应温度165~170℃,压力0.9~1.2lMPa,反应时间120min。硼酸氧化法增加了水解工序和硼酸回收工序。在水解工序中硼酸环己醇酯分解为环己醇和硼酸,形成两相,硼酸留在水相中。两相分离后,水相送到硼酸回收工序,使硼酸结晶出来再经热处理转化为偏硼酸循环用于氧化反应。硼酸氧化的反应产物十分复杂,水解后的有机相也必须经过进一步处理去除杂质,工艺复杂,因此逐渐被冷落。
无催化氧化法是由法国Rhone-Ponlene公司首先开发的,其特点是反应分为两步,第一步为环己烷在160~170℃的条件下,直接被空气氧化为环己基过氧化氢,第二步为在碱性条件和催化剂作用下,环己基过氧化氢分解为环己醇和环己酮。该工艺的优点是反应分步进行,氧化阶段不采用催化剂,避免了氧化反应器结渣的问题,使装置在设备允许的条件下连续运行,且氧化过程中环己基过氧化氢的收率可达95%以上。其缺点是环己基过氧化氢分解过程中环己醇、环己酮的选择性仅88%以下,且需要大量的碱,由于该工艺环己烷单程转化率较低,使工艺流程长,能耗较高。
(2)苯酚加氢法
苯酚合成环己酮工艺是最早应用于工业化生产环己酮的工艺,该工艺早期分为两步:第一步苯酚加氢为环己醇,第二步环己醇脱氢生成环己酮。20世纪70年代开发成功了一步加氢法合成环己酮的新工艺。苯酚一步加氢有气相和液相两种方式。工业上主要是采用气相法,该工艺采用3~5个反应器串联,温度为140~170℃、压力0.1MPa,反应完全,收率可达95%。苯酚加氢法生产的环己酮质量较好,安全性高,但由于苯酚价格昂贵,并使用了贵金属催化剂,使环己酮的生产成本较高,因此该工艺的应用受到了很大的限制。
2.2 现有工艺技术的改进
针对上述环己酮生产工艺存在的不足,许多生产企业与研究部门对环己酮生产技术进行了多方面的改进。
(1)延长开车周期。钴盐法的优点是反应条件温和、温度低、压力低、停留时间短,对设备要求不严格。但钴盐法最大的难题是反应过程中生成的羧酸钴盐残留在设备及管道上,结渣堵塞管道和阀门。为了解决此难题,各国都进行了大量的研究。工艺方面,氧化后未反应的环己烷被分离后循环使用,在氧化前的水用共沸蒸馏等方法除去,避免了反应器的结渣。反应器方面,捷克斯洛伐克专利提出环己烷液相氧化采用卧式反应器,以垂直挡板将其分割成几个反应器。挡板上装有水平方向的挡板置于气体分布器的两边,以增强气液混合及减少树脂状副产沉淀(结渣),延长了反应器两次清洗之间的操作周期。催化剂方面,美国杜邦公司用酸性磷酸酯作助催化剂,具有涂壁功能,使氧化开车周期为4-6个月。我国采用HEDP异辛酯,自1989年4月实施以来尚未发现任何结渣现象,解决了环己烷催化氧化的结渣难题。
(2)催化分解技术的改进。传统的分解或DSM公司开发的低温分解技术是以钴盐为催化剂,碱性条件下进行的,这种工艺的特点是环己基过氧化氢转化率高,但存在明显的缺点,由于在碱性环境下,醇酮进一步缩合,导致收率降低,同时产生大量的废碱液,给后续处理带来很大的困难。工艺方面改进将原一步加碱改为两步加碱,降低反应温度,调整相比和碱浓度,既降低碱耗,又保持较高的醇酮收率;催化剂方面改用分子筛催化剂,促进环己基过氧化氢定向分解,同时可大大减少废碱液的生成。
(3)控制烷蒸馏系统带碱。氧化粗产物经分解、废碱分离后有机相中仍夹带少量的碱水,进入烷蒸馏系统,造成再沸器结垢,需定期停车清洗,严重时生产周期不到半个月。在废碱分离系统增加水洗和油水聚结分离工序,将碱降到5ppm以下,大大延长了开车周期,并减少停车清洗时烷和醇酮的损失。
2.3 新工艺技术的开发
(1)环己烯水合法。20世纪80年代日本旭化成开发了环己烯水合制环己醇工艺。该工艺是以苯为原料,在100~180℃、3~10MPa、钌催化剂的条件下进行不完全加氢反应制备环己烯,苯的转化率50%~60%,环己烯的选择性为80%,20%的副产物为环己烷,在高硅沸石ZSM-5催化剂作用下,环己烯水合生成环己醇,环己烯的单程转化率10%~15%,环己醇的选择性可达99.3%。该工艺消耗低,且有效避免了环己烷氧化工艺过程中产生的废碱液,减少了环保压力,具有明显的前景。
(2)仿生催化氧化法。1979年,Groves等人提出了亚碘酰苯-金属卟啉-环己烷模拟体系,进行了细胞色素P-450单充氧酶的人工模拟反应,实现了温和条件下高选择性与高转化率催化烷烃羟基化反应。国内湖南大学等单位近几年对金属卟啉催化环己烷氧化进行了系列研究,提出了该氧化反应的可能机理。经过连续性实验表明,在铁卟啉或钴卟啉催化作用下,以及适当的温度和压力下,环己烷的转化率可达7%以上,环己醇、环己酮的选择性可达87%以上,显示出较好的应用前景。该工艺的优点在于:降低了反应温度和反应压力,催化剂用量少,能均匀溶在反应液中,不需要分离,目前该技术的关键在于催化剂的价格,如能实现工业化,应用于现有环己烷氧化装置扩能改造,不仅投资低,改造工作量少,而且可大大提高环己酮产量及现有装置的技术经济水平。
(3)金属催化氧化法。BASF公司采用Mo基催化剂,在130~200℃,0.5~2.5MPa下反应,产物中环己烯含量0.39%,环己烯氧化物5.78%,环己酮2.03%,环己醇9.35%,环己基过氧化氢0.91%。日本UBE公司采用辛酸钴和N-甲基咪唑为催化剂,在160℃下反应,环己醇的选择性60.1%,环己酮的选择性22.8%,环己烷转化率3.9%。日本大赛尔(Daicel)化学工业公司采用N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)和乙酰丙酮化钴混合物为催化剂,当环己烷、N-羟基邻苯二甲酰亚胺混合物和乙酰丙酮化钴投料比例为943:160:60时,在反应温度160℃,4.0MPa下反应2h,环己烷转化率为11%,环己醇选择性49%,环己酮选择性达40%。大连化物所开发的ZG-5锆基复合氧化物催化剂具有活性高、选择性好、反应条件温和等优点,在155℃、1.09MPa条件下,空气直接氧化环己烷制环己酮(醇),反应25min时,转化率达到6.4%,环己酮(醇)选择性达到92.8%;反应50min时,转化率达到14.9%,环己酮(醇)选择性达到83.6%。
对纳米颗粒金属催化剂的探索研究表明,该类催化剂具有很高的催化活性。如在醛类引发剂存在下,纳米铁粉上环己烷的转化率达到11%,环己酮(醇)的选择性达到95%;在金属Co(20nm)上反应10~15h,环己烷转化率41%,选择性达到80%,其中产物酮/醇为0.2;而在Fe2O3(8~10nm)催化剂上,环己烷转化率为16.5%,选择性90%左右,产物中酮/醇为0.4。但该技术中催化剂的稳定性问题还有待解决。
(4)分子筛催化氧化法。钛硅分子筛TS-1是目前研究较多的一种,采用TS-1分子筛作为催化剂有如下优点:反应条件温和,可在常压、低温下进行,氧化的目标产物收率高,选择性好,工艺过程简单,环境友好。但催化剂本身合成难度较大,且活性不易稳定。石油化工科学研究院等单位采用新方法合成的HTS分子筛,解决了TS-1分子筛合成难以重复,反应活性不易稳定的问题。实验表明,该分子筛用于环己烷氧化生成环己酮时,转化率可达49%以上,显示出较好的研究前景。巴西学者Spinace等人用水热法合成TS-1。从研究中得出:环己烷在TS-1上先氧化为环己醇,再氧化为环己酮。因形状选择性的原因,环己醇在TS-1沸石笼内将被进一步地氧化成环己酮,在TS-1外表面则被氧化为多种氧化物。通过加入2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚后,可有效地抑制催化剂外表面的非选择性氧化,提高产物环己酮的选择性。
3我国环己酮的生产现状
我国的环己酮是伴随着己内酰胺行业的成长而发展起来的,在己内酰胺生产技术由苯酚路线变成环己烷路线时。环己酮行业才发展成为一个独立的行业。在早期,环己酮只是己内酰胺和聚酰胺66的中间产物,各生产厂家的产品主要是自用,并无商品量形成。随着己内酰胺产品结构的调整和非酰胺应用领域的扩大,才形成了相当规模的商品量和环己酮行业。2002年,我国的环己酮生产能力约为30万吨,生产量约26万吨,其中20万吨为生产厂家自用生产己内酰胺或聚酰胺66,约有4~6万吨为市场商品量。加上每年进口约4万吨,我国环己酮表现需求量约为30万吨,商品量约为10万吨,虽然有部分进口,但产销总体处于平衡状态。
我国的环己酮生产主要集中在9大生产厂家,其中3~7万吨/年规模以上的有南京帝斯曼公司、巴陵分公司、巴陵石油化工有限责任公司、辽阳石化公司、中国神马集团尼龙66盐公司、巨化集团锦纶厂等6家企业。这6家企业的生产能力达到了26.5万吨,占全国总产能的90%以上。其中辽阳化纤和神马集团均用于生产己二酸,而巴陵分公司、南京帝斯曼公司为引进装置,其己内酰胺产能经扩改分别达8万吨/年和6.5万吨/年,配套的环己酮产能分别为7万吨/年和5.5万吨/年;其余为国产化装置,其中巴陵石油化工有限责任公司和巨化锦纶厂的环己酮装置在消化吸收国内外先进技术的基础上,也达到了国外的先进技术水平。其余3家分别是太原化工厂、锦西化工总厂和山东天原化学工业公司,生产规模在1万吨/年以下。国内环己酮主要生产厂家如表1所示。表2列出了部分厂家近几年的生产情况。
表 1 国内环己酮主要生产厂家一览表(单位:万吨)
企 业 名 称 环己酮生产能力 备 注
巴陵分公司 7 自用
南京帝斯曼公司 5.5 自用
巴陵石油化工有限责任公司 4.5 商品量
辽阳石化公司 4.5 自用
中国神马集团尼龙66盐公司 3 自用
巨化集团锦纶厂 3 部分商品量
太原化工厂 0.7 部分商品量
锦西化工总厂 0.6 商品量
山东天原化学工业公司 0.65 商品量
表 2 部分厂家近几年的生产状况 (单位:吨)
厂 家 1999 2000 2001 2002 2003
巴陵分公司 51346 58639 66195 69030 64001
南京帝斯曼 42774 51540 53488 55118 52331
巴陵石化有限责任公司 28307 34010 38059 45280 45000
巨化 11032 11506 11617 11146 16676
(数据来自各生产厂家的统计)
由于我国环己酮不能满足国内市场需求,每年都需从国外进口。尤其是1996年至2000年,每年进口增幅都在20%以上,2000年至2002年,进口量渐趋稳定,每年在4万吨左右(环己酮及甲基环己酮近几年进口情况如表3所示)。
表 3 环己酮及甲基环己酮近几年进口情况 (单位:吨)
年份 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
进口量 16570 15953 21203 34722 44558 43120 45825
近年来,国内环己酮需求不断扩大,企业出于发展的需要,纷纷考虑采用先进技术,扩大生产能力,以求达到经济规模,提高企业经济效益。国内拟建、在建项目见表4。若上述项目完全实施,我国环己酮产能将出现大幅度增长,达到近35万吨/年左右,可完全满足国内环己酮市场需求。
表 4 近期国内在建、拟建环己酮项目
(单位:万吨/年)
企 业 名 称 达到的产能 备 注
四川威远建业公司 1 新建,2003年12月
投产
山东天源化学工业公司 2 扩建,商品量
巨化公司 4 扩建,已投产
巴陵石化有限责任公司 7 扩建,实施中
太原化工厂 1 扩建,筹备中
4 我国环己酮的市场概况
环己酮主要作为聚酰胺6和聚酰胺66的中间体,大部分由生产厂家自产自用,酰胺用环己酮约占环己酮总消费量的70%,少部分作为商品进入市场,非酰胺用环己酮占环己酮总消费量的30%。
己内酰胺作为聚酰胺纤维和工程塑料的单体,是一种重要的高分子原料,在国际上,己内酰胺市场总体是供大于求,增长速度缓慢,但在亚洲(除日本外)还处于高速发展阶段。近年亚洲进口己内酰胺约在50~70万吨/年左右,我国2003年净进口36.7万吨,呈高速增长,随着国内己内酰胺发展,环己酮需求量也会大量增加。
近几年,国内环己酮市场价格总体处于低潮,2002年的环己酮价格为10年来的最低水平,主要受以下因素影响:
(1)宏观经济。2000年国内外宏观济状况较好,己内酰胺的下游民用丝、工业丝市场需求旺盛,从而促使环己酮、己内酰胺的价格上升;2002年世界经济疲软,需求不旺,己内酰胺、环己酮的价格相应走低。
(2)与己内酰胺市场密切相关。环己酮最主要的用途是作为制造己内酰胺的原料,这主要是因为大型己内酰胺装置均与环己酮装置配套,当出现己内酰胺价格变化较大时,己内酰胺生产厂家将考虑综合经济效益,以确定其中间产品环己酮进入市场的商品量,供求关系的变化将影响环己酮的价格。2000年己内酰胺价格坚挺,国内市场价格在14500元/吨,环己酮也表观良好,基本在10500元/吨;但2001~2002年底,己内酰胺价格大幅度下降,最低只有9000元/吨左右,环己酮的价格也只有6000元/吨左右。
(3)石油苯价格。石油苯是构成环己酮成本的最主要因素,其成本占了环己酮成本的60%左右,从历史上的石油苯和环己酮的价格分析,其价格之间存在着高度的正相关系。环己酮的市场行情走势与石油苯的走势十分相似。从近几年的市场情况看,环己酮市场价格升降幅度基本上是石油苯价格的2~2.5倍,保持着一定的利润空间,但必须注意的是,该系数逐年下跌,说明环己酮的利润空间被逐年压缩;环己酮与石油苯两者价格在涨跌的步调上存在着明显的时间差,一般情况下,环己酮价格变化往往要滞后石油苯价格约1~3个月。
(4)进口量。近几年,随着环己酮需求的快速增长,进口量也随之大幅度增加。国外环己酮装置均与己内酰胺配套,规模大、技术水平高,具有一定的价格优势。
环己酮在最近一段时期的国内市场主要以缓慢下跌为主,价格从前期的9400元/吨以上的价格回落到9000元/吨左右,国内价格下跌的主要原因可能是国内用户抵制高价位,下游用户采购不积极的原因所造成的。但是价格回落较慢的原因可能是因为目前国际的纯苯的价格仍旧维持在高位,在550美元/吨左右,而且国内的交易价格也在5500元/吨的水平,因此对于环己酮的生产成本还是维持在非常高的水平。
总之国内环己酮市场需求将继续稳步增加,但装置的超量扩建,加上进口环己酮大幅增加、出口增量不大以及近期石油苯的不确定因素,将导致国内环己酮市场剧烈波动,竞争日趋激烈,商品环己酮已经由厚利产品变为微利甚至亏损产品。
5 环己酮下游产品开发概况
国内环己酮总消费量的70%用于己内酰胺,30%用于其它用途。其中有机溶剂是国内环己酮消费的第二大领域,另外环己酮应用于环己酮-甲醛树脂、以及其它精细化工产品等领域的生产,不过量很少,有待进一步开拓。
环己酮是一种优良的中高沸点有机溶剂,具有高溶解性和低挥发性。它可以很好地溶解高聚物,包括氯乙烯的均聚和共聚物、聚醋酸乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、硝化棉及纤维素、ABS等;环己酮也是一种惰性改性溶剂,用于聚苯乙烯、酚类和醇酸树脂、丙烯酸树脂、天然树脂、天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶、蜡和氧化油等;环己酮用作涂料溶剂时,具有良好的喷涂和涂刷性能,能改善涂料膜的表层保护,改善涂层光泽;环己酮还可以用作丝网油墨溶剂、感光材料涂布用溶剂、皮革工业的脱脂剂、抛光剂和涂饰用稀释剂;在农药行业,环己酮用于配制喷雾杀虫剂、烟雾剂和水状乳剂;环己酮也用于计算机磁盘、录音带磁铁氧化物涂层、铜电线涂层、糊墙纸等。
环己酮可作为聚合物生产原料,用于生产环己酮-甲醛树脂、卟啉树脂、芳香聚胺固体树脂、二聚物等。环己酮-甲醛树脂与同类树脂相比,具有硬度高、耐候性及抗氧性良好、粘度低、光泽度高、可与各种油漆原料混溶等优点,主要用作涂料树脂、广泛用于油性树脂、醇酸树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、氯化橡胶等漆种中,还可用于油墨、圆珠笔油的分散剂和光亮剂。卟啉树脂具有特殊的防腐性能,能较好地耐酸腐蚀和有机物溶解;可用作防腐性涂料。环己酮催化脱水形成的二聚物是氨基甲酸酯农药的良好溶剂、环氧树脂的改性剂、聚合物的联结剂、乳胶漆的聚结剂及抗皂化的增塑剂,还可用来合成邻苯基苯酚。
环己酮可合成许多精细化工产品,如合成2,2,6,6-四氯环己酮、环氧环己烷、邻氯环己酮、十二烷二酸、过氧化环己酮、ε-己内酯、环庚酮等。
尽管近几年环己酮生产厂家在开发环己酮下游产品上做了大量的工作,但环己酮的新用途开拓不多。
6 我国环己酮产业的发展趋势
(1)国内供需平衡的格局将被打破,市场竞争日趋激烈。今后几年,环己酮生产装置建设将进入一个**,生产能力成倍增长,市场需求虽能稳步增加,但市场很难跟上生产能力的发展。届时,环己酮市场供求平衡的格局将被打破,其市场将出现供大于求的局面,商品环己酮将由盈利产品变为薄利甚至亏损产品,市场竞争将越来越激烈。这也提示那些想进入这一领域的企业不得不谨慎决策,尤其是从提高企业核心竞争力优势考虑扩建、新建装置的技术选择。国内的环己酮消费结构存在着较大问题,国外酰胺用环己酮占其总用量的90%以上,而我国酰胺用环己酮却只有70%,这是与其它国家环己酮用途上的最大差别。虽然环己酮的应用范围很广,而且我国作为世界上最大的鞋类、皮革类制造基地,环己酮在这方面还是有很大的市场,但缺少稳定的大宗下游产品,因此在经济动荡和己内酰胺市场波动时,对环己酮的市场会产生巨大影响。
(2)生产集中度进一步提高,规模效益显现优势。新一轮的扩建、扩产项目如能按计划实施后,辽阳石化、巴陵石化、巴陵分公司、南京帝斯曼公司和石家庄炼化公司5家企业的环己酮生产能力将接近或超过10万吨/年,形成大规模的生产能力。其市场份额也进一步提高,市场进一步集中,扩产后的规模效益将显现出优势。这对一些小规模生产的企业构成了很大压力。
(3)进口环己酮将会增加,冲击国内市场。国际上荷兰的DSM集团、日本的旭化成公司等大公司,以及德国和中国台湾省,环己酮生产规模都很大,并且仍在不断扩大生产能力,其中有部分生产能力是针对我国的市场扩建的。这些大公司有着明显的规模效益和低成本优势,如果进口环己酮仍将保持较高的增幅,势必对国内环己酮市场构成较大冲击,有可能重蹈己内酰胺倾销的覆辙。国内企业不得不早作打算,及早制定应对措施,保持竞争的主动地位。
7 结语
总的来说,近几年我国环己酮需求量不断增加,市场发展迅速,给各个生产厂家和经营单位带来了无限商机。但随着不少扩建、新建装置的建成投产,环己酮市场供大于求的局面已经形成,环己酮产品已经成为一个只有微薄利润的大宗石油化工产品,受原油市场波动等不确定的因素很多,给环己酮市场带来了较大的风险。对于环己酮老装置应努力达到一定的经济规模并提高技术含量,以应对加入WTO后参与国际化的竞争;对于新建的环己酮装置的起点要高,必须要有明显的比较优势和竞争优势。
⑶ 乙烯基酯树脂的发展历史
乙烯基酯树脂是由环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制得。它保留了环氧树脂的基本链段,又有不饱和聚酯树脂的良好工艺性能,它在适宜条件下固化后,表现出某些特殊的优良性能。故自二十世纪六十年代以来,获得了迅速发展,首先由美国壳牌化学(Shell Chemical)推出Epocrgl品牌,然后在1966年由美国Dow化学推出Derakane品牌,紧随推出的是Ashland化学的Hetron品牌,以及日本的昭和高聚物株式会社的Ripoxy品牌,其它的国外品牌或生产商有AOC、Interplastics等,而国内也研发自己的乙烯基酯树脂,如上海富晨FUCHEM、华昌MFE、上纬SWANCOR等。随着乙烯基树脂的发展,乙烯基酯树脂生产的企业越来越多,因此目前国内外市场上的品牌和种类繁杂。主要厂家和牌号如下:
表2.1 国内外乙烯基酯树脂牌号一览表 公司 陶氏化学 亚什兰化学 昭和聚合物 DSM公司 上纬企业 上海富晨 Reichhold 国度 美国 美国 日本 荷兰 中国台湾 上海 挪威 品牌 Derakane Hetron Ripoxy Atlac Swancor Fuchem Norpol Dion 标准型双酚A环氧乙烯基酯 411 922 806 430 901 854 9100 阻燃型环氧乙烯基酯 510 992 550 750 905 892 9300 酚醛环氧乙烯基酯 470 980 630 590 907 890 9400 高交联密度型环氧乙烯基酯 — 970 600 — 977 898 9700 柔性环氧乙烯基酯 8084 — — — 980 810 — PU改性型环氧乙烯基酯 — — — 580 — 820 9800
⑷ 乙烯基酯树脂的产品种类
由于树脂合成的工艺和方法的不同,各家乙烯基树脂的结构、性能及应用也会略有差别。 标准型双酚环氧乙烯基树脂是由甲基丙烯酸与双酚A环氧树脂通过反应合成的乙烯基树脂,已溶于苯乙烯溶液,具体分子结构见图2..1。该类型树脂具有以下特点:
图3.1 标准型双酚A环氧乙烯基酯树脂分子结构
在分子链两端的双键极其活泼,使乙烯基树脂能迅速固化,很快得到使用强度,得到具有高度耐腐蚀性聚合物;采用甲基丙烯酸合成,酯键边的甲基可起保护作用,提高耐水解性;树脂含酯键量少,每摩尔比耐化学聚酯(双酚A-富马酸UPR)少35-50%,使其耐碱性能提高;较多的仲羟基可以改善对玻璃纤维的湿润性与粘结性,提高了层合制品的力学强度;由于仅在分子两端交联,因此分子链在应力作用下可以伸长,以吸收外力或热冲击,表现出耐微裂或开裂。
表2.1中列出了国外标准双酚A型环氧乙烯基酯树脂的典型性能表,其中国外的产品性能是按照ASTM标准或其它国外标准进行,与中国国家标准(GB)的测试方法有所差别,故我们选取了典型的一国外产品与富晨公司的854按国标进行比较测试,结果见表2.2。
表3.1.1国外标准型双酚A环氧乙烯基酯树脂典型性能 拉伸强度Mpa 拉伸模量Gpa 延伸率% 弯曲强度Mpa 弯曲模量Gpa HDT℃ Derakane 411 83 2.9 7-8 148 3.4 102 Hetron 922 86 3.2 6.7 141 3.5 105 Ripoxy 806 79 - 3.2 135 3.1 110 Atlac 430 95 3.6 6.1 150 3.4 105 Swancor 901 85 3.4 5.5 127 3.3 101 Dion 9100 80 3.4 5 95 3.3 100 表3.1.2 标准型双酚A环氧乙烯基树脂的力学性能(GB标准) 一国外产品 854乙烯基 HDT ℃ 105 105 抗张强度Mpa 81 82 抗张模量Gpa 3.3 3.28 断裂伸长率% 4.7 4.8 弯曲强度Mpa 116 115 弯曲模量Gpa 3.6 3.7 阻燃乙烯基树脂一般采用溴化环氧树脂合成,分子结构图见图3.2。由于树脂中由于含溴,因此阻燃乙烯基树脂在具有耐化学性的同时,又可以阻燃。国内外的几个产品的典型性能见表3.2.1。
图3.2 阻燃环氧乙烯基树脂分子结构
表3.2.1国内外阻燃乙烯基酯树脂典型性能 拉伸强度Mpa 拉伸模量Gpa 延伸率% 弯曲强度Mpa 弯曲模量Gpa HDT℃ Derakane510A 69-76 3 .4 7-8 110-124 3.7 107 Hetron 992 90 3.5 5.0 145 3.6 108 Ripoxy 550 74 3.2 3.0 105 3.3 108 Atlac 750 90 3.6 4.0 155 3.7 110 Swancor 905 83 3.6 3.5 131 3.7 110 Fuchem 892 50 3.12 2.0 100 3.3 105 Dion 9300 76 3.5 4 145 3.4 110 注:上表中的Fuchem 892测试方法是按国标(GB)进行。 将酚醛环氧树脂引入乙烯酯树脂的骨架中,合成的乙烯基酯树脂一般称Novolac乙烯基酯树脂,具体分子结构图见图3.3。树脂具有较高的热稳定性。树脂固化后,交联密度大。其热变形温度达120-135℃,可以延长使用寿命并具有优良的耐腐蚀性,特别对含氯溶液或有机溶剂耐腐蚀性好。国内外几个酚醛环氧乙烯基酯树脂的典型性能见表3.3.1。同样,我们选取了典型的一国外产品按国标进行测试,具体见表3.3.2。
图3.3 酚醛环氧树脂分子结构
表3.3.1 国外酚醛环氧乙烯基酯树脂性能典型性能 拉伸强度Mpa 拉伸模量Gpa 延伸率% 弯曲强度Mpa 弯曲模量Gpa HDT℃ Derakane 470 85 3.6 3-4 131 3.8 149-154 Hetron 980 88 3.3 4.2 150 3.4 133 Ripoxy 630 74 - 2.5-3.0 135 3.7 137 Atlac 590 90 3.5 4.0 155 3.6 140 Swancor 907 82.6 3.54 2.7 134 3.9 148 Dion 9400 72 3.7 3 125 3.6 135 表3.3.2 酚醛环氧乙烯基树脂的力学性能(GB标准) 一国外产品 890乙烯基 HDT ℃ 137 130 抗张强度Mpa 59 72 抗张模量Gpa 3.6 3.45 断裂伸长率% 2.75 2.73 弯曲强度Mpa 116 122 弯曲模量Gpa 3.9 3.99 为了适应耐高温强度情况的需要,较多厂家对酚醛环氧乙烯基酯树脂进行了改性,提高了树脂的交联密度和耐热性能,具有优良的耐酸、耐溶剂腐蚀性和抗氧化性能,适用于各种高温强腐蚀情况,如脱硫装置(FGD)、高温烟囱等。该类型的国内外生产厂家较少,同时几个国外产品目前在国内市场均没有供应,因此也不能对这几个树脂的性能按GB标准作一测试比较。.3.4.1中列出了国外几个产品的典型性能,表3.4.2中列出898树脂的力学测试性能,表中的各项性能指标是按中国国家标准(GB)进行。
表3.4.1 国外几个产品的性能一览表 拉伸强度Mpa 拉伸模量Gpa 延伸率% 弯曲强度Mpa 弯曲模量Gpa HDT℃ Hetron 970 78 3.7 2.9 111 3.9 149 Ripoxy 600 74 - 2.5 135 3.7 151 Swancor 977 76 3.6 2.1 117 3.9 154 Dion 9700 73 3.36 3.3 146 3.46 160 表3.4.2 高交联密度酚醛环氧乙烯基酯树酯力学性能 项 目 浇 铸 体 增 强 薄 板 数 值 测试方法 数 值 测试方法 拉伸强度MPa 70 GB2568 - 95 230 GB1447 - 83 拉伸模量MPa×10 3.50 GB2568 - 95 14.5 GB1447 - 83 延伸率 % 2.2 GB2568 - 95 — — 弯曲强度MPa 122 GB2570 - 95 320 GB1449 - 83 弯曲模量MPa×10 4.10 GB2570 - 95 13.5 GB1449 - 83 冲击强度KL/M 10 GB2571 - 95 230 GB1451 - 83 Barcol硬度 45 GB3854 - 83 — — 热变形温度 ℃ 150±5 GB1634 - 89 — — *:后固化处理:采用 MEKP固化剂,室温固化24hr后,在80℃2hr,110℃1hr,155℃ 下1hr。 **:增强薄板铺层为:表面毡1层/短切毡1层/04无碱玻璃布9层/短切毡1层/表面毡1层;总厚度4mm,总体树脂含量约60%,后处理80℃2hr,110℃2hr,155℃2hr。 为了适应各种防腐蚀工程施工的需要,发展了柔性乙烯基酯树脂,柔性乙烯基酯树脂具有对钢和混凝土表面很高的粘接性,与传统的环氧乙烯基酯树脂相比,其延伸率更高,粘接强度大大的提高,抗冲强度提高近4倍,层间强度提高20%,并具有独特的耐磨性。,其中表3.5.1列出了各产品的性能,同样,我们选取了典型的一国外产品按国标进行测试,具体见表3.5.2。其独特的力学性能赋予了树脂广泛的应用:
用于耐腐蚀内衬、灌缝材料或底涂树脂,如整体砂浆地坪制作中的底涂,可以省略国内施工操作中的玻璃钢隔离层制作,在提高整体性能的同时,也可节省成本;管接件等各种材料的粘接;与Kevlar纤维或其它增强材料合用,制作高强度和耐疲劳的制品,如运动或军用头盔、帆船等。表3.5.1 柔性乙烯基酯树脂典型性能 拉伸强度Mpa 拉伸模量Gpa 延伸率% 弯曲强度Mpa 弯曲模量Gpa HDT℃ Derakane 8084 72 3.2 11 117 3.0 79 Swancor 980 66 3.2 11 110 3.0 79 表3.5.2 柔性乙烯基酯树脂的力学性能(GB标准) 国外一产品 810乙烯基 HDT ℃ 75 74 抗张强度Mpa 83 82 抗张模量Gpa 3.2 3.35 断裂伸长率% 6.0 6.1 弯曲强度Mpa 109 105 弯曲模量Gpa 3.60 3.64 该类型树脂是通过氨基甲酸酯(如TDI)对环氧乙烯基酯树脂进行改性而成,兼有链内不饱和性和链端的不饱和性,分子结构见图3.6(略)。和通常的双酚A环氧乙烯基酯树脂相比,具有优异的耐腐蚀性、柔韧性和良好工艺性,由于氨基甲酸酯的引入,提高了树脂与纤维的相容性,并能保持树脂表面良好的气干性。能够适合于缠绕等各种工艺。在表3.6.1中列出了几个产品性能指标。
表3.6.1 PU改性乙烯基酯树脂性能一览表 拉伸强度Mpa 拉伸模量Gpa 延伸率% 弯曲强度Mpa 弯曲模量Gpa HDT℃ Atlac 580 83 3.5 4.2 153 3.6 115 Fuchem 820 82 3.2 4.3 115 3.7 115 Dion 9800 80 3.3 4.2 145 3.2 115 注:上表中的Fuchem 820测试是按国标(GB)方法进行。 目前,国内市场上乙烯基酯树脂除上述品种外,还有两大类:一类是较多厂家采用的丙烯酸型乙烯基酯树脂,或在该树脂基础上用氨基甲酸酯改性处理,该类型树脂耐温等级比相应的甲基丙烯酸型乙烯基酯下降10—20℃,树脂的延伸率上升,但由于缺乏甲基对酯键的保护作用,导致树脂的耐腐蚀性能如耐碱性下降;另一类树脂是我国特色产品,它是富马酸改性双酚A环氧乙烯基酯树脂,但从严格意义上说,它不属于乙烯基酯树脂,而是乙烯基酯树脂与双酚A不饱和聚酯树脂中的一个过渡品种,这种类型的乙烯基酯树脂具有交联密度高、脆性和收缩大的特点,由于树脂中的酯键含量比标准型乙烯基树脂高40-50%,因此其耐碱性相对较差。