關(guān)于《水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂》的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、浙江廣播電視大學(xué)（專(zhuān)科）畢業(yè)論文論文題目 關(guān)于水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂的設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué)生姓名 張 民 學(xué) 號(hào) 1433006450092 指導(dǎo)教師 劉精華 專(zhuān) 業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù) 年 級(jí) 14秋 學(xué) 校 嘉興廣播電視大學(xué) 浙江廣播電視大學(xué)教務(wù)處制關(guān)于水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂的設(shè)計(jì)報(bào)告一、項(xiàng)目基本情況：設(shè)計(jì)項(xiàng)目題目：關(guān)于水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂的設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)參加者： 張民、戴旭陽(yáng)、程明設(shè)計(jì)時(shí)間： 2016年7月11日產(chǎn)品名稱(chēng)： 水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案及成效 隨著中國(guó)進(jìn)一步融入世界經(jīng)濟(jì)體及工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題成為國(guó)際會(huì)議重要討論問(wèn)題，我國(guó)也越來(lái)越重視環(huán)境污染。對(duì)于絕緣行業(yè)，溶劑型和無(wú)溶劑型絕緣對(duì)環(huán)境和人

2、體或多或少有影響，為了適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必須大力發(fā)展環(huán)保型絕緣漆，水性環(huán)保絕緣漆是一類(lèi)新型的低污染、省能源、省資源的絕緣漆。水性絕緣漆由于全部或大部分用水取代了有機(jī)溶劑，因而減少了對(duì)環(huán)境的污染。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及有機(jī)溶劑費(fèi)用的高漲，水性絕緣漆在電機(jī)行業(yè)日益受到人們的重視，得到廣泛的推廣和應(yīng)用，具有廣泛的市場(chǎng)。為了解決現(xiàn)有絕緣漆帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種環(huán)保型的水性絕緣樹(shù)脂。現(xiàn)就水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂設(shè)計(jì)情況報(bào)告如下： （一）設(shè)計(jì)方案 要使樹(shù)脂具有水溶性，最重要的是將樹(shù)脂制成離子型一般是使傳統(tǒng)的醇酸樹(shù)脂含過(guò)量羧基，并用胺或氨水將其中和成鹽以獲得水溶性、使樹(shù)脂具有側(cè)鏈羧基的方法有 ：

3、使醇酸樹(shù)脂脂肪酸的不飽和雙鍵與含羧基烯類(lèi)單體 (甲基丙烯酸，丙烯酸) 共聚，但漆膜不透明或渾濁 ；或使2， 2 一二羥甲基丙酸(D M PA ) ( 3 c (CH 2O H )，C ( X )H 中的兩個(gè)羥甲基可以在酯化中參加反應(yīng)形成鏈狀結(jié)構(gòu)， 而其羧基卻由于位阻效應(yīng)不參加合成樹(shù)脂的酯化反應(yīng)而提供側(cè)鏈羧基(其原料來(lái)源不多) ；或使用偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐，形成有側(cè)鏈羧基的醇酸樹(shù)，也可以將強(qiáng)親水性基團(tuán)，例如聚乙二醇引入醇酸樹(shù)脂分子中使樹(shù)脂能夠自行乳化于水中缺點(diǎn)是起親水作用的聚乙二醇在樹(shù)脂中的含量無(wú)法降低，大量的聚乙二醇起了增塑劑的作用，導(dǎo)致漆膜硬度和耐水性下另外，使用外在乳化劑或配制本身能

4、乳化的樹(shù)脂也能實(shí)現(xiàn)醇酸樹(shù)脂的水性化考慮到偏苯三酸酐具有三個(gè)羥基，活性高，使用它可使酯化溫度降低約20 縮短反應(yīng)時(shí)間同時(shí)可提高樹(shù)脂的交聯(lián)度、干性和硬度，并使樹(shù)脂顏色變淺。所以本設(shè)計(jì)利用偏苯三甲酸酐兩個(gè)羥甲基可以在酯化中參加反應(yīng)形成鏈狀結(jié)構(gòu)， 而其羧基卻由于位阻效應(yīng)不參加合成樹(shù)脂的酯化反應(yīng)而提供側(cè)鏈羧基(其原料來(lái)源不多)使樹(shù)脂獲得水溶性。 1.1水性樹(shù)脂工藝流程圖亞麻油酸三羥甲基丙烷苯酐間苯二甲酸 N,N二甲基乙醇胺 去離子水、固化劑新戊二醇 偏苯三甲酸酐 反應(yīng)釜投料 縮聚脫水 冷卻 中和 混合 過(guò)濾包裝N,N二甲基乙醇胺去離子水固化劑 工藝廢水 1.2水性樹(shù)脂配方表序號(hào)反應(yīng)物類(lèi)型反應(yīng)物名稱(chēng)規(guī)格質(zhì)

5、量分?jǐn)?shù)，%1醇類(lèi)三羥甲基丙烷工業(yè)一等品15302新戊二醇工業(yè)級(jí)，99%353酸類(lèi)苯酐工業(yè)級(jí)，99%1020間苯二甲酸工業(yè)級(jí)，99%354偏苯三甲酸酐工業(yè)級(jí)，99%355亞麻油酸工業(yè)級(jí)1530 1.3主要反應(yīng)原理 醇酸樹(shù)脂的主要反應(yīng)機(jī)理就是醇和酸的酯化反應(yīng)，即多元醇分子中羥基上的氫原子與有機(jī)酸分子中的羧基上的氫氧基團(tuán)生成水與酯。水性化的機(jī)理是在醇酸的分子鏈段中引入親水基團(tuán)，例如-COOH，-OH，-NH2，醚鍵等。然后用堿性的胺中和成鹽來(lái)達(dá)到分散到水中的目的。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目中利用偏苯三甲酸酐具有三個(gè)官能團(tuán)，其中二個(gè)酐基參加酯化反應(yīng)，另一個(gè)羧基由于位阻效應(yīng)不參加樹(shù)脂的合成酯化反應(yīng)而提供側(cè)鏈羧基，形成有

6、側(cè)鏈羧基的醇酸樹(shù)脂，然后用N,N二甲基乙醇胺中和成鹽，從而使醇酸樹(shù)脂獲得了水性化。 1.4主要設(shè)備設(shè)施 合成樹(shù)脂系統(tǒng)：1、反應(yīng)釜：材質(zhì)，304不銹鋼；規(guī)格，100L；加熱方式，電加熱導(dǎo)熱油載體；攪拌方式，錨式；電機(jī)功率，0.75Kw；2.5m²列管式冷凝器一套。2、稀釋釜：材質(zhì)，304不銹鋼；規(guī)格，200L；冷卻方式，水循環(huán)冷卻；電機(jī)功率，1.1Kw。3、W4真空泵一臺(tái)。 1.5工藝過(guò)程 水性樹(shù)脂生產(chǎn)工藝：根據(jù)產(chǎn)品配方比例，將三羥甲基丙烷、新戊二醇、苯酐、間苯二甲酸、亞麻油酸計(jì)量投入反應(yīng)釜，開(kāi)加熱開(kāi)冷凝水，等溫度升至160-210時(shí)，發(fā)生縮聚反應(yīng)脫水，在210時(shí)保溫時(shí)，出水量達(dá)到44

7、g左右，取樣，測(cè)酸值達(dá)到20KOHmg/g以下，縮聚過(guò)程完成。降溫至180以下，加入偏苯三甲酸酐，在180保溫2小時(shí)后，出水量達(dá)到10g左右，取樣，測(cè)酸值在4550KOHmg/g時(shí)，反應(yīng)終點(diǎn)到，結(jié)束反應(yīng)，降溫冷卻到90時(shí)，加入中和劑，然后加入去離子水稀釋攪拌均勻，再加入固化劑攪拌1小時(shí)。 1.6多元醇的選擇對(duì)漆膜性能的影響 用新戊二醇（A）、三羥甲基丙烷（B）、用新戊二醇和三羥甲基丙烷（C）配制的醇酸樹(shù)脂，對(duì)漆膜性能的影響見(jiàn)下表編號(hào)酸值MgKOH/g擺桿硬度附著力級(jí)耐沖擊cm接觸角 °耐水性耐丙酮性水分散性A610.6915090.6通過(guò)通過(guò)一般B480.4135088.6通過(guò)通過(guò)好

8、C540.7815092.3通過(guò)通過(guò)極好 由表中看出，三羥甲基丙烷官能度高，極易發(fā)生其他反應(yīng)，且不好控制，易凝膠。新戊二醇配方的水分散性較差，三羥甲基丙烷配方的水分散性較好，綜合考慮，選用新戊二醇和三羥甲基丙烷復(fù)合，所得醇酸樹(shù)脂既不易凝膠，又能具有較好的水分散性。三羥甲基丙烷和新戊二醇共用平均官能度為2.5，解決了易凝膠的問(wèn)題，而且反應(yīng)也較好控制。 1.7 二元酸的選擇對(duì)漆膜性能的影響 選用鄰苯二甲酸酐（A）、間苯二甲酸（B）、鄰苯二甲酸酐和間苯二甲酸（C）、合成水性醇酸樹(shù)脂，性能比較見(jiàn)下表。 二元酸對(duì)漆膜性能的影響編號(hào)吸水率，%擺桿硬度附著力，級(jí)耐沖擊性，cm接觸角。耐水性，d耐丙酮性A4.

9、30.6814590.822通過(guò)B4.40.8225093.224通過(guò)C4.20.8615092.626通過(guò) 由表中可以看出，用間苯二甲酸制備的醇酸樹(shù)脂的附著力比鄰苯二甲酸酐制備的醇酸樹(shù)脂差 ，但其硬度、耐沖擊性、耐水性都有一定的提高。這是因?yàn)猷彵蕉姿狒泥徫霍然苌]環(huán)內(nèi)酯，從而生成一定數(shù)量分子量相對(duì)較低的樹(shù)脂所影響。但在合成過(guò)程中，鄰苯二甲酸酐與第1個(gè)醇羥基反應(yīng)生成酯很容易進(jìn)行，且該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，只需稍加熱即可完成，可以縮短反應(yīng)時(shí)間；第2個(gè)羥基與其反應(yīng)則相對(duì)于第1個(gè)反應(yīng)需要稍高的溫度，但是很容易控制。而且間苯二甲酸酐難得多，需要較高的溫度，且間苯二甲酸的熔點(diǎn)為354，反應(yīng)時(shí)呈固態(tài)，固液

10、兩相的反應(yīng)不如間苯二甲酸酐體系容易進(jìn)行。綜合考慮，先用鄰苯二甲酸酐和間苯二甲酸酐復(fù)合，得到的水性醇酸樹(shù)脂綜合性能優(yōu)異。 （二）成果評(píng)價(jià) 近年來(lái)，涂料中可揮發(fā)的有機(jī)化合物對(duì)于環(huán)境及人體的危害日益引起人們的關(guān)注，而水性涂料相對(duì)于傳統(tǒng)溶劑型涂料能極大地減少VOC的排放，減少霧漫的形成，有效降低了對(duì)環(huán)境的影響。還有助于降低職業(yè)病發(fā)生的潛在機(jī)率，減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和隱患，簡(jiǎn)化及降低企業(yè)通風(fēng)，水處理等方面的流程及成本等。水性絕緣漆在電機(jī)行業(yè)日益受到人們的重視，得到廣泛的推廣和應(yīng)用，具有廣泛的市場(chǎng)前景。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目通過(guò)采用偏苯三甲酸酐，利用偏苯三甲酸酐中由于位阻效應(yīng)不參加酯化反應(yīng)的羧基使樹(shù)脂獲得水溶性的水性化工藝以

11、及選用低價(jià)的常規(guī)材料合成的水性樹(shù)脂性能指標(biāo)已達(dá)到電機(jī)行業(yè)絕緣漆產(chǎn)品的技術(shù)水平。2.1技術(shù)指標(biāo)序號(hào)指標(biāo)名稱(chēng)試驗(yàn)條件單位要 求 1外觀試管法，目測(cè)均勻液體，無(wú)機(jī)械雜質(zhì)2非揮發(fā)性含量2h / 110±2%30±53粘度涂4杯 / 25±1 秒30504干燥時(shí)間130±5分鐘30，不粘5電氣強(qiáng)度常態(tài)/20±5Kv/mm306漆膜附著力劃圈法級(jí)17耐溶劑性丙酮法漆膜沒(méi)有出現(xiàn)皺褶和被擦掉的現(xiàn)象8耐變壓器油 105±2 24小時(shí)變壓器油與漆膜間無(wú)影響9柔韌性直徑10mm圓柱 彎90度彎曲20次漆膜沒(méi)有開(kāi)裂和脫落 2.2經(jīng)濟(jì)價(jià)值該設(shè)計(jì)項(xiàng)目完成后，可轉(zhuǎn)

12、化為水性絕緣漆電機(jī)定子沉浸用產(chǎn)品，預(yù)計(jì)市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格為2萬(wàn)元/噸，年銷(xiāo)售50噸，實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值100萬(wàn)元，成本價(jià)格為1.5萬(wàn)元，可獲得利潤(rùn)25萬(wàn)元。 （三）結(jié)論 水溶性絕緣樹(shù)脂的核心技術(shù)是在不溶于水的樹(shù)脂上接枝功能性基團(tuán)，配制成的清漆具有高絕緣、附著力好，粘接能力突出，干燥和固化速度快，耐水性和耐溶劑性能好，還具有優(yōu)異的抗回潮能力。用三羥甲基丙烷、甘油、苯酐、亞麻油酸作為主要合成材料，用偏苯三甲酸酐水性化，制成的水性絕緣漆用于電機(jī)定子的絕緣處理，是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品，使用方便、安全、無(wú)污染，滿足國(guó)家相關(guān)空氣清潔標(biāo)準(zhǔn)。目前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)環(huán)境的保護(hù)已引起極大的重視，各電機(jī)廠受到的環(huán)保壓力越來(lái)越大，水溶性絕緣漆必將取代油性漆成為電機(jī)廠絕緣處理的主流產(chǎn)品。 該產(chǎn)品用水作分散劑，真正達(dá)到零VOC排放，無(wú)害，無(wú)毒，安全，不燃不爆，是一種新型環(huán)境友好型產(chǎn)品。但水性漆用水做稀釋劑，由于水的蒸發(fā)熱高，比常規(guī)溶劑比如甲苯、苯乙烯等揮發(fā)速度慢得多，所以干燥時(shí)間相比油性漆要漫長(zhǎng)，在以后的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)干燥速度的研究提高或改善電機(jī)廠的工效。 張 民 2016年8月28日浙江廣播電視大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)審表 題 目 關(guān)于水溶性醇酸絕緣樹(shù)脂的設(shè)計(jì)報(bào)告 姓 名 張 民 教育層次 助力計(jì)劃專(zhuān)科 學(xué) 號(hào) 14330064