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雙酚A型環(huán)氧樹脂合成技術進展

2023-02-27 05:09:46唐曉東李晶晶馮雪峰曹曄飛高志強
中國塑料 2023年2期
關鍵詞:開環(huán)環(huán)氧環(huán)氧樹脂

楊 晨,唐曉東*,李晶晶,馮雪峰,曹曄飛,高志強

(1.西南石油大學化學化工學院,成都 610500;2.南通星辰合成材料有限公司,江蘇 南通 226017)

0 前言

環(huán)氧樹脂是指分子中含有2個及以上環(huán)氧基團的高分子化合物。因其優(yōu)良的物理力學性能和電絕緣性、與各種材料的粘接性能以及使用工藝的靈活性,逐漸成為了1種重要的熱固性樹脂,主要用于建筑、汽車、設備儀表等行業(yè)[1]。按照分子結構可以將環(huán)氧樹脂分為5大類:縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、線性脂肪族類和脂環(huán)族類[2]。在復合材料工業(yè)中,使用量最大的是縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂,主要由含活潑氫的酚類或醇類與環(huán)氧氯丙烷(ECH)縮聚而成,其中以二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂為主,也稱BADGE,其消費量約占環(huán)氧樹脂總消費量的70 %~80 %(中國約為95 %)[3]。BADGE的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有一步法、兩步法,其他合成方法還有固堿法、溶劑法、常減壓共沸法、酚鹽法等。雖雙酚A環(huán)氧樹脂已成功工業(yè)化近70年,但由于市場競爭激烈和技術保密等原因,近20年來其合成技術研究論文和專利鮮有報道,工業(yè)上雙酚A環(huán)氧樹脂的合成仍存在許多問題,故就BADGE的合成機理、工業(yè)生產(chǎn)方法和研究進展進行詳細闡述。

1 BADGE工業(yè)合成技術

BADGE通常是在堿溶液以及催化劑的存在下,使ECH和雙酚A(BPA)發(fā)生加成反應而制得,工業(yè)合成方法分為一步法和兩步法2大類。BADGE的形成過程十分復雜,目前主要觀點為開環(huán)閉環(huán)反應機理。因為生產(chǎn)工藝的不同,對其描述也有所不同。

1.1 一步法

一步法是常用的環(huán)氧樹脂合成方法,將BPA、ECH和強堿溶液混合后投放入反應器中,在催化劑的作用下同時進行開環(huán)、閉環(huán)反應,反應機理如式(1)所示:

在NaOH的作用下,ECH的環(huán)氧基團斷開,與BPA的酚羥基結合,形成醚氧鍵。隨后中間產(chǎn)物鏈端上的氯原子和氫原子結合成HCl而被脫除,閉合形成新的環(huán)氧基。從分子上掉落的HCl與NaOH結合,生成NaCl和水。理論上經(jīng)過1次開環(huán)和閉環(huán),就能得到雙酚A二縮水甘油醚,但在真實體系中,部分閉環(huán)后的產(chǎn)物還會繼續(xù)進行開環(huán)、閉環(huán),從而得到高分子量的長鏈聚合物。

國內諸多牌號的BADGE就是利用該方法進行的合成[4],例如E-44、E-42、E-35、E-31等。通過控制反應原料的摩爾比、NaOH溶液濃度、用量和滴加速度等,即可生產(chǎn)不同平均分子量的BADGE,其技術條件和產(chǎn)品環(huán)氧值指標如表1所示。

表1 不同牌號環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)技術條件和環(huán)氧值指標Tab.1 Production technical conditions and epoxy value indexes of epoxy resins of different grades

由表1可以看出,ECH與BPA 、NaOH與BPA的摩爾比是影響環(huán)氧樹脂品質的關鍵因素,其摩爾比越大,產(chǎn)品環(huán)氧值越高。堿液的濃度和滴加速度則為次要因素,堿液濃度越大,樹脂產(chǎn)品的環(huán)氧值也越高;在實際生產(chǎn)中,堿液滴加速度越快,其水解氯含量越大。

由圖1可以看出,在一步法生產(chǎn)BADGE的過程中,物料一直處于堿性環(huán)境,使ECH極易水解生成丙三醇,其水解反應式如式(2)所示:

圖1 一步法生產(chǎn)環(huán)氧樹脂工藝流程Fig.1 One-step production process of epoxy resin

在BADGE合成過程中,若ECH的水解得不到抑制,會造成原料的大量損耗,甘油的存在不僅使產(chǎn)品的質量下降,還會增加廢水的化學需氧量(COD)。同時,在液體BADGE工業(yè)生產(chǎn)過程中,大部分廠家在主反應前設置了預反應階段。預反應階段主要發(fā)生放熱反應,主反應階段通常在負壓下發(fā)生吸熱反應。當兩段反應在同一設備進行時,體系需要頻繁改變換熱方式,極易影響生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質量;在閉環(huán)階段,會產(chǎn)生至少3 %以上的老化樹脂;在樹脂水洗精制階段,還會產(chǎn)生的大量高含鹽廢水。

1.2 兩步法

從官能團角度分析,由于ECH分子具有環(huán)氧基和氯原子2個活性基團,實際反應比較復雜,其合成機理和前述一步法相似。兩步法認為反應可以分步進行。首先,BPA分子中的羥基上的活潑氫原子與ECH分子的環(huán)氧基團發(fā)生開環(huán)加成反應,生成開環(huán)產(chǎn)物(簡稱氯醇醚);然后,在NaOH的催化作用下,氯醇醚鏈端上的氯原子和氫原子結合成HCl而被脫除,閉合形成新的環(huán)氧基。兩步法常使用銨鹽、膽堿及其鹽類、三苯基磷酸鹽等作為催化劑,其反應機理如式(3)和式(4)所示。兩步法的工藝流程如圖2所示。兩步法將開環(huán)和閉環(huán)反應分開,BPA與ECH先進行醚化反應,醚化結束后減壓脫除多余ECH,再投入堿液進行閉環(huán)反應。兩步法避免ECH和強堿溶液的直接接觸, ECH參與反應時體系無水,能消除ECH的水解,提高催化劑的選擇性,減少副產(chǎn)物。

圖2 兩步法生產(chǎn)環(huán)氧樹脂工藝流程Fig.2 Two-step process for epoxy resin production

與一步法比較,兩步法反應時間短、溫度穩(wěn)定和操作易于控制,但工藝流程長、操作復雜,還需要大量能耗回收未反應完的ECH。2種工藝的技術參數(shù)對比見表2。由表2可以看出,兩步法合成技術使用了催化劑、反應溫度較高、反應時間較短,但ECH與BPA的摩爾比更大,產(chǎn)品環(huán)氧值更高、黏度更低。再次驗證在環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)中,原料的摩爾比(ECH/BPA)是關鍵參數(shù),ECH大量過量,能提高BPA的轉化,能降低合成體系黏度和BADGE的聚合度。反應溫度和反應時間則作為次要因素,對環(huán)氧值的影響稍低。在相同條件下,一定范圍內的升溫、延長反應時間,能獲得更低氯含量的環(huán)氧樹脂產(chǎn)品。在水洗精制中,2種技術都使用大量的溶劑(苯、甲苯等),其中一步法用量更大,其廢水排放量也更大。

表2 一步法、兩步法工業(yè)合成技術比較Tab.2 Comparison of one-step and two-step industrial synthesis techniques

2 BADGE合成技術研究進展

2.1 一步法合成BADGE研究進展

荷蘭殼牌公司[5]于1967年公開了1種制備低色澤的多元酚固體縮水甘油醚的方法。在N2保護下,向反應釜中加入BPA 1 100 kg、ECH 700 kg和水2 080 kg,攪拌均勻后在15 min內連續(xù)投入25 %(質量分數(shù),下同)的 NaOH(含 100 g Na2S2O4)水溶液 1 384 kg,并在52 ℃反應1 h。隨后升溫至102 ℃分離有機相和鹽水相,有機相在75~85 ℃下水洗2 h、干燥2 h,得到環(huán)氧值0.21,色澤較低的固體BADGE產(chǎn)品。

陸華[6]研究了ECH和BPA的純度,ECH與BPA的配比,NaOH濃度對合成BADGE的影響。在N2的保護下,將一定量的BPA溶于ECH中,在56 ℃左右滴加配方量的48 % NaOH水溶液。反應結束后通過旋轉蒸發(fā)器去除殘余ECH,加入甲苯、純水進行水洗,分離樹脂甲苯溶液和鹽水相。常壓下向樹脂溶液補加NaOH溶液、在85 ℃進行脫鹵精制反應。實驗結果表明,ECH與BPA的配比越大、環(huán)氧樹脂的色澤越淺;堿液的濃度越低、得到的樹脂的色澤相更淺。

一步法合成技術流程短,操作簡單,設備投資低;但ECH水解、鏈增長、BPA和ECH β加成、氯醇醚水解等副反應嚴重,導致反應不徹底,產(chǎn)品有機氯含量偏高,影響產(chǎn)品質量。因此,尋找選擇性高的催化劑、提高原料轉化率、抑制ECH水解和減小原料的消耗,是一步法合成技術未來的研究重點。針對前述一步法生產(chǎn)中存在的問題,有研究人員提出了解決措施:在反應中添加催化劑,更換投料方式,使用溶劑和改變反應路徑。

2.1.1 添加催化劑

為提高一步法中原料的選擇性、轉化率,有人提出了在一步法中應用催化劑。Becker Wilhelm[7]公開了1種使用膽堿或膽堿鹽的一步法制備低黏度、高環(huán)氧值BADGE的方法。將BPA 495 g,ECH 1 610 g,異丁醇140 g,二甲苯 95 g,水 72 g 和 70 %氯化膽堿水溶液2.25 mL混合。在95 ℃、180 min內連續(xù)勻速加入固體NaOH 178 g。反應結束后常壓或減壓蒸餾除去過量的ECH和水,得到環(huán)氧值0.55、總氯含量0.27 %、黏度較低的BADGE產(chǎn)品。Frank等[8]發(fā)現(xiàn),使用與ECH形成锍鹽或含硫化合物的催化劑,可以改善因催化劑的加入導致ECH聚合和產(chǎn)物黏度較高的問題。這類催化劑包括三甲基-碘化硫、三-(對-羥乙基)-氯化锍、縮水甘油基乙基硫醚、γ-羥丙基乙基亞硫酸鹽等,脂肪族或脂環(huán)族的硫醚、硫醇以及堿金屬或銨的硫化物和硫氰化物,催化劑的用量僅為酚羥基的0.01 %~2.00 %。

2.1.2 更改投料方式——固堿法

一步法合成BADGE時,ECH和強堿水溶液直接接觸,ECH水解,水還會對開環(huán)階段產(chǎn)生不良影響。有人提出了固堿法,使用該方法生產(chǎn)時,體系僅有反應生成的少量水,大幅減少了反應體系中的水量,能夠抑制ECH的水解,降低后續(xù)精制的難度。

據(jù)了解,市面上的E-51型環(huán)氧樹脂就是采用的固堿法[4]進行生產(chǎn)。將固體BPA 200 kg投入溶解釜內,用真空泵抽入ECH 600 kg,于常壓下攪拌升溫至70~75 ℃,溶解30 min。在48~55 ℃,每隔30 min加入固體NaOH 7 kg,共計 14 次,總計加入固體 NaOH 98 kg。在50~55 ℃反應9 h后,減壓回收ECH, 最終得到環(huán)氧值0.47~0.58的BADGE產(chǎn)品。

固堿法雖改變了強堿的加入方式,使得體系水含量處于極低的水平,但由于固堿投入后難以分散,會造成體系反應不均,局部過熱,導致產(chǎn)品環(huán)氧值過低,水解氯過高。其次,固堿極易吸潮,計量和保存都比較困難。未來固堿法應考慮選擇合適的非水溶劑溶解NaOH,合理換熱。

2.1.3 使用溶劑——溶劑法

一步法中,由于極性和溶解性的差異,強堿溶液與BPA、ECH在反應中接觸不充分,反應速度慢。有人提出向反應體系中加入醇類、酮類溶劑,能與BPA、ECH和強堿水溶液混合,解決反應物之間接觸不充分的問題,部分溶劑還能抑制副反應發(fā)生,該方法被稱為溶劑法。

John[9]公開了1種在酮存在下,通過酚類、ECH和堿反應連續(xù)生產(chǎn)優(yōu)質環(huán)氧樹脂的方法,反應溫度最高達70 ℃。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),由于酮類的參與,副反應極少發(fā)生,NaCl分離簡單。拜耳公司[10]發(fā)明了1種利用甲醇或乙醇作溶劑,制備小分子液體BADGE 的方法。在反應器內加入BPA 684 g、ECH 2 256 g和甲醇96 g,將混合物攪拌加熱至沸騰。通入N2流,在20 min內勻速滴加50 %NaOH溶液180 g。將體系冷卻至30 ℃,在20 min內加入同濃度的NaOH溶液260 g,維持反應2.5 h。反應結束后,加入純水、5 %的NaH2PO4溶液洗滌產(chǎn)物,至洗水pH達到5~6后分離水相和有機相,最后蒸餾出溶劑,最終能得到環(huán)氧值0.53,無機氯含量0.22 %的 BADGE 產(chǎn)品,且產(chǎn)率達到 93.5 %(BPA計)。Clair[11]也在實驗中使用了醇溶劑,反應在ECH的分解溫度之下進行,最終產(chǎn)品收率為理論值的93 %以上。Wang等[12]使用甲基異丁基酮(MIBK)作為溶劑、研發(fā)了1種低水解氯含量的BADGE制備方法。取前期合成的BADGE(環(huán)氧當量189、總有機氯0.217 %、可水解氯 0.022 %),加入 MIBK、新鮮的BPA和聚乙二醇,攪拌加熱至110 ℃后一次性加入50 %的NaOH溶液進行反應。使用MIBK進行稀釋,加入稀磷酸、去離子進行水洗,170 ℃全真空下除溶劑,得到環(huán)氧值0.20、可水解氯0.033 7 %和總脂肪族氯0.148 %的白色固體樹脂。孫萬平[13]開發(fā)了溶劑法生產(chǎn)E-12環(huán)氧樹脂的制造工藝。將BPA、10 %的NaOH溶液投入到反應釜中溶解,在一定溫度下加入計量的ECH,在90 ℃左右反應1 h。然后加入有機溶劑攪拌45 min,沉降分離樹脂層和堿水層,溫水洗滌樹脂3~4次后常壓、減壓蒸餾回收溶劑,得到環(huán)氧值為0.118~0.128,外觀呈無色透明的固體BADGE。

溶劑作為稀釋劑降低反應體系混合物的黏度,使得反應物之間充分接觸。溶劑法合成的BADGE透明度好、雜質少、收率高,但溶劑的加入會增加回收能耗,部分有機溶劑和水互溶,廢水排放時會損失溶劑,排放的廢水COD較高。因此,選擇合適溶劑(惰性)、提高溶劑和ECH回收率是溶劑法未來技術研究的重點。

2.1.4 改變反應路徑——鈉鹽法

Joachim[14]提出了1種在無水環(huán)境下、多元酚堿金屬鹽與ECH反應制備高環(huán)氧值環(huán)氧樹脂的方法。將酚鹽 272 g、 ECH 370 g、二惡烷 1 000 g 混合,在 90~100 ℃下攪拌反應15 h。過濾掉未反應的酚鹽以及Na-Cl,蒸餾出溶劑,得到環(huán)氧值0.4的BADGE產(chǎn)品。邢殿香[15]提出了1種新的液態(tài)BADGE合成工藝,該工藝能大幅度減少 ECH的消耗量。在實驗中將無水BPA·2Na和ECH按照一定比例混合、加入適量的自制催化劑、在一定溫度下反應數(shù)小時。實驗結果顯示,在BPA·2Na/ECH摩爾比為1/10、溫度為70 ℃、反應時間為5 h的條件下,每生產(chǎn)1噸E-51型環(huán)氧樹脂,ECH消耗量與國內現(xiàn)有一步法比較減少60 kg。汪國慶[16]結合前人的研究,分批投入固體酚鹽、并增設共沸步驟,實驗結束得到環(huán)氧值0.49、黏度較低的BADGE產(chǎn)品。

先制備酚鹽、再將酚鹽與ECH進行反應的合成方法,改變了反應路徑、提供無水環(huán)境、避免ECH與強堿溶液直接接觸、消除ECH的水解,提高ECH的回收率,但反應流程復雜。同固堿法相似,固體酚鹽的投入量不易控制、易造成反應不均。且由于催化劑的回收困難,生產(chǎn)周期過長,該方法在工業(yè)上應用較少。選擇合適的路徑制備高純度酚鹽、分離酚鹽、選擇合適的投料方式是酚鹽法未來的研究重點。

2.1.5 降低系統(tǒng)水含量——常減壓共沸法

Goppel[17]提出了共沸脫水法,抑制ECH水解和提高原料的利用率。在反應器內加入ECH 1 388 g、BPA 342 g,升溫至119 ℃。當體系開始回流時,在3.5 h內滴加 40 %NaOH溶液304 g。維持反應器底部液相溫度99~119 ℃,頂部95~114 ℃,控制蒸餾脫水速率、使反應體系中水含量降至0.3 %~2.0 %。滴堿結束后繼續(xù)反應15 min,蒸餾除去未反應的ECH。加入甲苯脫NaCl,分離液固相,最后蒸餾除甲苯,得到環(huán)氧值0.52的BADGE產(chǎn)品,基于ECH的產(chǎn)率大于90 %。Gino[18]也 通 過 共 沸 法 制 得 環(huán) 氧 值 0.58,可 水 解 氯0.03 %的BADGE產(chǎn)品。Larkin等[19]公開了1種共沸全回流制備高純度環(huán)氧樹脂的方法,改善了常規(guī)共沸法生產(chǎn)面臨的NaCl以凝膠狀沉淀的現(xiàn)象。該方法區(qū)別于常規(guī)共沸的地方在于堿溶液的投料方式上:堿液預先投入一半,和酚類、ECH混合,升溫反應。在回流中添加剩余的堿液,并不斷分離出冷凝液中的水。反應物料中含有的少量的水使反應生成的NaCl形成晶體,利于后續(xù)過濾除鹽。錢祖榮[20]以BADGE為例,提出消除高水解氯的措施:堿液分2次加入,在第一階段加堿反應中,選用高濃度的NaOH溶液;在第二階段加堿過程中采用較低濃度的NaOH溶液;加入相轉移催化劑。Wang等[21]在實驗中,在反應器內加入酚類化合物104.5 g、ECH 370 g和丙二醇甲醚 247 g,在常溫常壓下攪拌混合。升溫至65 ℃,降壓至160 mm Hg,在1 h內以恒定速率連續(xù)加入50 % NaOH溶液76 g。在添加NaOH期間,通過ECH和溶劑共沸蒸餾除去水。滴堿結束后,在65 ℃、160 mm Hg的絕對壓力下維持反應30 min。反應結束后洗滌反應產(chǎn)物、除鹽、蒸餾回收溶劑,得到環(huán)氧值0.55、可水解氯為0.02 %BADGE產(chǎn)品。

通過共沸,在ECH和水的不斷回流下制備BADGE,產(chǎn)品的環(huán)氧值得到了提升和保證,但水解氯卻維持在較高水平?;亓鞣炙畷r,由于ECH在水中存在一定的溶解度,部分ECH被帶出,造成損耗。將壓力降至合適的范圍最大程度縮減能耗、減小回流過程中ECH的損耗,是減壓共沸技術未來的研究重點。

2.2 兩步法合成BADGE研究進展

2.2.1 兩步法動力學

高俊剛[22]探討了兩步法合成環(huán)氧樹脂的反應動力學及閉環(huán)動力學。開環(huán)階段中,取BPA 0.05 mol、二氧六環(huán)(稀釋劑)20 mL以及四丁基溴化銨(催化劑)0.001 mol,加入反應器內,升溫至一定溫度后加入ECH 0.1 mol進行反應。取一定量氯醇醚,加入適量的二氧六環(huán)溶解。升溫至反應溫度,加入摩爾數(shù)為氯醇2倍的NaOH水溶液,進行閉環(huán)反應。實驗發(fā)現(xiàn),開環(huán)反應中,加入季銨鹽催化劑,在90 ℃下反應3 h后,BPA轉化率超過90 %;不加催化劑,開環(huán)反應40 min后停止,轉化率不到20 %。經(jīng)分析,開環(huán)反應為二級反應,適當升溫有利于開環(huán)反應,但過高的溫度易促使副反應發(fā)生,故反應溫度控制在80~85 ℃為宜。閉環(huán)反應為一級反應,當堿溶液濃度不大、反應溫度較低時,副反應可以忽略;在60~70 ℃反應1 h,閉環(huán)反應基本完成。

于浩等[23-24]對兩步法中的開環(huán)反應進行了研究,發(fā)現(xiàn)在開環(huán)階段也有環(huán)氧基的生成,因為催化劑也能促進閉環(huán)反應。由于季離子的堿度不同,季鏻鹽的催化活性略高于季銨鹽。并得出與前人一致的結論,開環(huán)反應為二級反應,閉環(huán)反應為一級反應。

2.2.2 使用催化劑

Sinnema[25]提出1種使用催化劑、提高反應選擇性和轉化率的BADGE合成方法。在開環(huán)階段季銨鹽催化過量的ECH和多酚反應得到氯醇醚,基于酚羥基的轉化率可達到90 %。在閉環(huán)過程中,按照NaOH與酚羥基的摩爾比0.8~0.99加入NaOH水溶液反應,反應結束后對產(chǎn)物進行脫鹵精制。

喻林[26]采用自制催化劑合成出了環(huán)氧值高、黏度低的液體BADGE產(chǎn)品。將配方量的BPA、ECH混合,升溫到40~60 ℃后加入自制催化劑進行開環(huán)反應,在減壓條件下勻速滴加堿液進行閉環(huán)反應。實驗結果表明,在采用新型催化劑后,BPA的轉化率顯著提高,開環(huán)反應結束后BPA殘留量低于14 %;隨著堿溶液用量增加,樹脂產(chǎn)品中有機氯含量顯著降低,當堿/BPA摩爾比從1.60/1增加到1.95/1,環(huán)氧當量降低10 %左右,有機氯減少96 %。

Becker[27]在實驗中使用BPA、過量的ECH和催化劑,在100 ℃下反應1~4 h,得到氯醇醚;向體系中添加固體堿,持續(xù)反應30~300 min,同時連續(xù)減壓蒸餾脫水;加入剩余的固體堿,同樣通過減壓共沸除去反應產(chǎn)生的水分。反應結束后,使用10 %的NaOH溶液進一步脫鹵,得到可水解氯0.04 %、環(huán)氧值為0.57的BADGE產(chǎn)品。

2.2.3 降低水解氯

電子工業(yè)中,電子灌封膠、線路板封裝等都會使用環(huán)氧樹脂。在高溫、高濕的作用下,從環(huán)氧樹脂會釋放出游離氯離子,這些游離氯離子會加速電子元件和線路中的金屬溶解,影響半導體元器件的性能,最終降低其使用壽命。隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展,對環(huán)氧樹脂也提出了超高純度的要求,最重要的是保證水解氯含量<50 μg/g。

張軍營[28]以BPA和ECH為原料,采用兩步法合成環(huán)氧樹脂,利用NaH處理產(chǎn)物中的水解氯。實驗發(fā)現(xiàn),在環(huán)氧樹脂、無水四氫呋喃和NaH用量依次為50 g、200 mL、0.12 g,反應3.5 h后能得到可水解氯<50 μg/g的BADGE產(chǎn)品。夏宇等[29]通過分子蒸餾技術,去除了市售128環(huán)氧樹脂中的輕餾分和多聚體重組分,得到牌號為JF-9955A的環(huán)氧樹脂,產(chǎn)物呈透明或白色晶體狀。經(jīng)測試,產(chǎn)物中BADGE純度達到97 %以上,環(huán)氧值0.58,可水解氯極低。邢軍[30]發(fā)明了1種兩步法生產(chǎn)電子級環(huán)氧樹脂的方法。取一步法合成的液體環(huán)氧樹脂 320 kg(環(huán)氧值 0.55、有機氯 100 μg/g)加入反應釜中,升溫到 90 ℃后加入BPA 280 kg,然后繼續(xù)升溫至120 ℃。加入季磷鹽(助劑)4 kg、三苯基氧化磷(還原劑)5 kg、三苯基甲基氯化磷(抗氧劑)3 kg,升溫至170 ℃,維持溫度3 h,最終得到環(huán)氧值0.14、水解氯30 μg/g的白色固體BADGE產(chǎn)品。

通過研究兩步法的動力學,發(fā)現(xiàn)提高ECH和BPA的配比能獲得環(huán)氧值更高的BADGE產(chǎn)品,但ECH用量的提高會帶來原料的浪費,以及更高的ECH回收能耗;使用催化劑、增設二次滴堿等方式,能解決ECH的嚴重水解、還能提高ECH的利用率和回收率;通過增設脫氯步驟,能獲得有機氯含量更低的電子級BADGE產(chǎn)品。

3 結語

BADGE作為1種化工產(chǎn)品和工業(yè)原料,因其優(yōu)良的理化性質廣泛應用于各領域。傳統(tǒng)工藝中,一步法技術技術流程短,操作簡單,設備投資少;但反應時間長、產(chǎn)品質量差,環(huán)氧值偏低,水解氯和無機氯含量高等。兩步法技術的產(chǎn)品質量優(yōu)于一步法,反應時間大大縮短,但反應流程長、操作更復雜。隨著國內外工業(yè)的不斷發(fā)展,對雙酚A型環(huán)氧樹脂的質量要求越來越高,尤其是電子行業(yè),要求使用高純度、低水解氯的環(huán)氧樹脂。

為制備出更優(yōu)良的環(huán)氧樹脂產(chǎn)品,人們對環(huán)氧樹脂的合成進行了一系列的研究。溶劑法降低了ECH的用量、提高了液堿的脫鹵效率;固堿法和酚鹽法為反應創(chuàng)造無水環(huán)境,但固體投料難以控制、分散性能差,往往只能生產(chǎn)高黏度、較低環(huán)氧值的產(chǎn)品;酚鹽法因流程過長、操作復雜,仍處于實驗室研究階段。目前,已經(jīng)能夠生產(chǎn)出黏度低、色澤低、環(huán)氧值高的BADGE產(chǎn)品。但是,工業(yè)上環(huán)氧樹脂精制操作中仍需要大量的溶劑、純水,造成溶劑回收能耗高、和大量的高鹽高COD廢水排放。因此, 探索雙酚A環(huán)氧樹脂的合成新工藝,生產(chǎn)高環(huán)氧值、低水解氯的BADGE產(chǎn)品;開發(fā)生產(chǎn)過程無ECH水解,降低原料、稀釋劑和洗水用量的低能耗、低排放的高效合成工藝技術,是未來BADGE合成的發(fā)展方向。

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