產(chǎn)2萬(wàn)噸地坪漆用環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目： 年產(chǎn)2萬(wàn)噸地坪漆用環(huán)氧 樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化工與材料學(xué)院 專 業(yè)： 材料科學(xué)與工程 學(xué)生姓名： 熊偉利 指導(dǎo)教師： 鐘俊文 一、研究的現(xiàn)狀及其意義（一）研究現(xiàn)狀 地坪漆最早是由德國(guó)于1934年發(fā)明，主要是由油料、樹(shù)料、顏色、溶劑等制成，主要分為裝飾性地坪漆、重防腐地坪漆、耐重載地坪漆等。地坪漆由多種不同物質(zhì)經(jīng)混合、溶解、分散等許多道生產(chǎn)工藝制造而組成。地坪漆具有亮麗、真實(shí)、美觀、耐磨、防水、防腐等特點(diǎn)。地坪漆由多種不同物質(zhì)經(jīng)混合、溶解、分散等許多道生產(chǎn)工藝制造而組成。按地坪漆各組分的作用不同，一般可分主要膜物質(zhì)，次要成膜物質(zhì)和輔

2、助成膜物質(zhì)。地坪漆分為環(huán)氧地坪漆、聚氨酯地坪漆、防腐蝕地坪漆、彈性地坪漆、防靜電地坪漆、防滑地坪漆、可載重地坪漆。 上世紀(jì)中后期開(kāi)始?xì)W美出現(xiàn)了許多潔凈車間地坪，它采用整體聚合物面層，稱為“環(huán)氧地坪漆”(epoxy flooring)，主要成分為環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑。環(huán)氧地坪漆可分為溶劑型和無(wú)溶劑型兩種，然而以前大多數(shù)環(huán)氧地坪涂料是溶劑型的，含有二甲苯、酮或酯類有機(jī)溶劑，在生產(chǎn)、施工、成膜的過(guò)程中會(huì)排放出大量的VOC，對(duì)周圍環(huán)境和人體健康造成很大危害，因此水性環(huán)氧地坪涂料日益受到市場(chǎng)和消費(fèi)者的推崇。目前，市場(chǎng)上流行的水性環(huán)氧地坪涂料有2種:一種是以環(huán)氧水分散體或環(huán)氧乳液和水性環(huán)氧固化劑合成的水性地坪

3、涂料；另一種是以自乳化型環(huán)氧固化劑乳化液體環(huán)氧樹(shù)脂合成的水性環(huán)氧地坪涂料。前者雖更能體現(xiàn)出水性涂料的特點(diǎn)，然而價(jià)格較高；后者雖靠固化劑乳化環(huán)氧樹(shù)脂而成水性地坪涂料，但價(jià)格較低，更易為消費(fèi)者所接受。 綜合以上水性環(huán)氧體系的優(yōu)劣，通過(guò)將顏填料和自乳化型環(huán)氧固化劑經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕分散后作為甲組分，以液體環(huán)氧樹(shù)脂E-51和活性稀釋劑分散后作為乙組分，施工時(shí)按一定的比例混合后即可成為水性環(huán)氧地坪涂料。該涂料具有硬度高、耐磨性好、耐化學(xué)品性和柔韌性佳、氣味低、自流平性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。（二）意義完成本次設(shè)計(jì)，可以全面了解環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝流程，設(shè)備裝置及操作環(huán)境，不僅是對(duì)專業(yè)課程的鞏固和補(bǔ)充，更是踏

4、入工作崗位前的一次實(shí)習(xí)與檢查。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以使自己對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)工藝認(rèn)識(shí)更深，同時(shí)也增強(qiáng)了自己的計(jì)算能力和查閱工具書(shū)的能力，豐富了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。二、研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（一）研究目標(biāo)研究環(huán)氧樹(shù)脂聚合工藝，根據(jù)其特性以及工業(yè)中的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選擇正確的工藝條件和設(shè)備，并進(jìn)行合理的設(shè)備配置，設(shè)計(jì)適用的廠房結(jié)構(gòu)，以便生產(chǎn)按我們的要求進(jìn)行；必須做到工藝上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，力爭(zhēng)達(dá)到技術(shù)上先進(jìn)，系統(tǒng)上最優(yōu)，形式上藝術(shù)，既能為未來(lái)的生產(chǎn)獲得較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)創(chuàng)造條件，又能為生產(chǎn)工人提供良好的工作條件，而且不污染周圍環(huán)境，還能使建設(shè)投資能最大限度地發(fā)揮作用，取得良好的效果。（二）研究?jī)?nèi)容本研

5、究通過(guò)查閱文獻(xiàn)、了解環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝，完成設(shè)計(jì)依據(jù)，工藝路線論證，工藝流程設(shè)計(jì)，車間布置設(shè)計(jì)，三廢處理及其綜合利用，勞動(dòng)組織，勞動(dòng)保護(hù)與安全生產(chǎn)，工程經(jīng)濟(jì)，工藝細(xì)節(jié)改進(jìn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。（三）擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1.根據(jù)設(shè)定的溫度、壓力、時(shí)間保證反應(yīng)的各個(gè)階段能夠準(zhǔn)確地完成，還有酯化時(shí)間、物料配比、促進(jìn)劑水的用量、反應(yīng)溫度等因素的控制。2. 抓好日常工藝管理，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。三、研究的基本思路和方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析（一）研究的基本思路和方法雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂是由二酚基丙烷(雙酚A)和環(huán)氧氯丙烷在堿性催化劑(通常用NaOH)作用下縮聚而成。在合成過(guò)程中主要的反應(yīng)如下：（1）在堿催化下，

6、雙酚A的羥基與環(huán)氧氯丙烷的環(huán)氧基反應(yīng)，生成端基為氯化羥基的化合物-開(kāi)環(huán)反應(yīng)。（2）氯化羥基與NaOH反應(yīng)，脫HCl再形成環(huán)氧基-閉環(huán)反應(yīng)。（3）新生成的環(huán)氧基與雙酚A的羥基反應(yīng)生成端羥基化合物-開(kāi)環(huán)反應(yīng)。（4）端羥基化合物與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成端氯化羥基化合物-開(kāi)環(huán)反應(yīng)。（5）生成的氯化羥基與NaOH反應(yīng)，脫HCl再生成環(huán)氧基-閉環(huán)反應(yīng)。在環(huán)氧氯丙烷過(guò)量情況下，繼續(xù)不斷地進(jìn)行上述開(kāi)環(huán)-開(kāi)環(huán)-閉環(huán)反應(yīng)，最終即可得到二端基為環(huán)氧基的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。 反應(yīng)的總方程式為（二）技術(shù)路線液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的合成方法歸納起來(lái)大致有兩種：一步法和二步法。一步法又可分為一次加堿法和二次加堿法。二步法又可分為間

7、歇法和連續(xù)法。一步法工藝是把雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在NaOH作用下進(jìn)行縮聚，即開(kāi)環(huán)和閉環(huán)反應(yīng)在同一反應(yīng)條件下進(jìn)行的。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大的E-44環(huán)氧樹(shù)脂就是采用一步法工藝合成的。二步法工藝是雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在催化劑(如季銨鹽)作用下，第一步通過(guò)加成反應(yīng)生成二酚基丙烷氯醇醚中間體，第二步在NaOH存在下進(jìn)行閉環(huán)反應(yīng)，生成環(huán)氧樹(shù)脂。二步法的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)時(shí)間短；操作穩(wěn)定，溫度波動(dòng)小，易于控制；加堿時(shí)間短，可避免環(huán)氧氯丙烷大量水解；產(chǎn)品質(zhì)量好而且穩(wěn)定，產(chǎn)率高。國(guó)產(chǎn)E-51、E-54環(huán)氧樹(shù)脂就是采用二步法工藝合成的。固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的合成方法大體上也可分為兩種：一步法和二步法。一步法又可分為水洗法、溶劑

8、萃取法和溶劑法。二步法又可分為本體聚合法和催化聚合法。一步法(國(guó)外稱Taffy法)工藝是將雙酚A與環(huán)氧氯丙烷在NaOH作用下進(jìn)行縮聚反應(yīng)，用于制造中等相對(duì)分子質(zhì)量的固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的E-20、E-14、E-12等環(huán)氧樹(shù)脂基本上均采用此法。其中水洗法是先將雙酚A溶于10的NaOH水溶液中，在一定內(nèi)有兩種方法。其中本體聚合法是將液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和雙酚A在反應(yīng)釜中先加熱溶解后，再在200高溫反應(yīng)2h即可得到產(chǎn)品。此法是在高溫進(jìn)行反應(yīng)，所以副反應(yīng)多，生成物中有支鏈結(jié)構(gòu)。不僅環(huán)氧值偏低，而且溶解性很差，甚至反應(yīng)中會(huì)凝鍋。催化聚合法是將液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和雙酚A在反應(yīng)釜中加熱至80120使其溶

9、解，然后加入催化劑使之發(fā)生反應(yīng)，讓其放熱自然升溫。放熱完畢冷至150170反應(yīng)15h，經(jīng)過(guò)濾即得成品。一步法合成時(shí)，反應(yīng)是在水中呈乳狀液進(jìn)行的。在制備高相對(duì)分子質(zhì)量樹(shù)脂時(shí)，后處理較困難。制得的樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬，有機(jī)氯含量高。不易得到環(huán)氧值高、軟化點(diǎn)亦高的產(chǎn)品，以適應(yīng)粉末涂料的要求。而二步法合成時(shí)，反應(yīng)呈均相進(jìn)行，鏈增長(zhǎng)反應(yīng)較平穩(wěn)，因而制得的樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄，有機(jī)氯含量較低，環(huán)氧值和軟化點(diǎn) 可通過(guò)配比和反應(yīng)溫度來(lái)控制和調(diào)節(jié)。具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)備少、工時(shí)短、無(wú)三廢、一次反應(yīng)即可、產(chǎn)品質(zhì)量易控制和調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，因此日益受到重視。（3） 實(shí)驗(yàn)方案 1.在帶有攪拌裝置的反應(yīng)釜內(nèi)加入

10、雙酚A與環(huán)氧氯丙烷，升溫到70,保溫30分鐘,使雙酚A溶解,然后冷卻降溫到50,于50-55下滴加第一批NaOH溶液,約4小時(shí)加完,然后升溫到55-60,并保溫4小時(shí),使之充分反應(yīng). 2.減壓蒸餾回收還未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷,約2小時(shí). 3.使反應(yīng)物冷卻到65一下,加入苯,同時(shí)滴加第二批NaOH溶液,1小時(shí)內(nèi)滴加完,反應(yīng)在65-70保溫3小時(shí). 4.反應(yīng)物冷卻到40以下時(shí)放入分離器中用熱水洗滌,分出水層,直到環(huán)氧樹(shù)脂的苯溶液透明,環(huán)氧樹(shù)脂溶液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾進(jìn)入儲(chǔ)槽再去精制釜精制. 5.先常壓蒸餾,然后減壓蒸餾,蒸出苯,蒸出的苯經(jīng)過(guò)冷凝器進(jìn)入苯回收器,樹(shù)脂經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾進(jìn)入儲(chǔ)槽, 得到產(chǎn)品. 生產(chǎn)周

11、期約16小時(shí).（四）可行性分析 環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電絕緣性能、耐藥品性能和粘結(jié)性能，可以作為涂料、澆鑄料、模壓料、膠粘劑、層壓材料以直接或間接使用的形式滲透到從日常生活用品到高新技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。它已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的材料。它的產(chǎn)量和應(yīng)用水平也可以從一個(gè)側(cè)面反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)技術(shù)的發(fā)達(dá)程度。四、研究計(jì)劃及進(jìn)度安排時(shí)間進(jìn)度安排20142.16- 2014.2.19查閱資料、確定生產(chǎn)方法，進(jìn)而確定生產(chǎn)工藝及流程，結(jié)合實(shí)際工程內(nèi)容，收集所需資料及相關(guān)技術(shù)與法律規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性兩方面確定設(shè)計(jì)思路。2014.2.20-2014.3.10進(jìn)行衡算201

12、4.3.10-2014.3.15設(shè)備選型等計(jì)算2014.3.15-2014.3.20按相應(yīng)工藝設(shè)計(jì)要求，依據(jù)資料、方案、估算等資料與指標(biāo)著手正式編設(shè)計(jì)書(shū)。2014.3.20-2015.3.25在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)流程圖繪制。2015.5.2-2015.15.13論文的整理，成初稿2015.5.16-2015.5.20審查，修改，成稿五、參考文獻(xiàn) 1.Donnet JB, Bansal RC. Carbon Fiber, 2ndedn. New York: Marcel Dekker, 1990.2.BaderM. G. Selection of composite materials and

13、manufacturin groutes for costeffect ive perform ance J . Com positesA, 2002, 33: 913-934.3.PeterMorgan. Carb on Fib ers and their Composites. New York: Taylor & Fran icis Group, 2005.4.Shanglin Gao, Mder E, Zhandarov SF. Carbon fiber and composites w ith epoxy res ins: topography, fractography and in terphases J . C arbon, 2004, 42( 3) : 515-529.5.王曉東.環(huán)氧自流平地面涂料J.上海涂料,2002(1):41.6.張濤.原漿型自流平環(huán)氧地坪涂料的研制J.中國(guó)料,2001(4):44.7.芮龔.無(wú)溶劑環(huán)氧地坪涂料J.上海涂料,2001(1):6.8