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1、t结课论文论文题目JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY课程设计学院 化工与药学院专业化学工程与工艺年级班别学 号学生姓名指导教师2015年12月10日1. 课题名称42. 设计要求及任务：42.1设计出醇酸树脂的配方，要求如下：42.2叙述整个工艺流程，包括设备，工艺条件，原材料，成品质量指标42.3采用溶剂法进行生产，选用间歇式操作方式，原料自选42.4画带控制点的工艺流程图42.5设计反应釜，考虑个加料口及排空口等，操作压力，温度等各条件43. 设计过程中可以有合理创新4序言51.1醇酸树脂61.1.1醇酸树脂涂料的优点：61.2醇酸树脂的分类61.2.1按改性
2、用脂肪酸或油的干性分61.2.2按醇酸树脂油度分72.1合成原理92.2合成原料92.2.1多元醇102.2.2多元酸102.2.3脂肪油（酸）102.2.4催化剂102.2.5催干剂102.2.6回流溶剂102.3合成工艺102.3.1醇酸树脂的合成工艺:102.4醇酸树脂配方设计112.4.1主要原料的选取112.4.2配方的设计与计算112.4.3理论配方设计表：132.5工艺流程确定142.5.1简单工艺流程图142.5.3产品指标152.5.4工艺流程图152.6物料衡算162.7改性研究162.8设计总结173.1应用173.1.1独立作为涂料成膜树脂，利用自动氧化干燥交联成膜。1
3、73.1.2醇酸树脂作为一个组分（羟基组分）同其它组分（亦称为固化剂）涂布后交联反应成膜173.1.3改性树脂173.2前景183.2.1木器装饰材料183.2.2铁道车辆183.2.3汽车工业183.2.4船舶工业183.2.5建筑领域18主要参考文献：19附录：醇酸树脂生产工艺流程图20专业设计任务书1. 课题名称醇酸树脂工艺流程的设计2. 设计要求及任务：2.1设计出醇酸树脂的配方，要求如下： 计算油度（要求为54%），并说明其合理性； 计算其平均官能度，并判断其是否会发生凝胶现象； 年产量：3000t/年，操作周期：300天/年2.2叙述整个工艺流程，包括设备，工艺条件，原材料，成品质
4、量指标2.3采用溶剂法进行生产，选用间歇式操作方式，原料自选2.4画带控制点的工艺流程图2.5设计反应釜，考虑个加料口及排空口等，操作压力，温度等各条件2.6通过此次设计，掌握根据产品设计要求设计出符合条件产品的步骤，熟悉醇酸树脂的合成工艺，醇酸树脂的配方设计，相关物 性参数对树脂性能的影响以及其解决方法，并学习和了解醇酸树脂的改性方案及其应用。3. 设计过程中可以有合理创新树脂定义：以无定形状态存在的有机物，通指未经过加工的高分子聚合物。聚酯定义:多元醇和多元酸可以进行缩聚反应，所生成的大分子主链上含有许多酯基（一 coo-）的缩聚物。油是不饱和高级脂肪酸甘油酯，脂肪是饱和高级脂肪酸甘油酯，
5、都是高级脂肪酸甘油酯， 是一种有机物。植物油在常温常压下一般为液态，称为油，而动物脂肪在常温常压下为固态， 称为脂，二者合称为油脂。油脂均为混合物，无固定的熔沸点。油脂不但是人类的主要营养 物质和主要食物之一，也是一种重要的工业原料。涂料工业中，将脂肪酸或油脂改性的聚酯树脂称为醇酸树脂。醇酸树脂涂料具有漆膜附 着力好、光亮、丰满等特点，且具有很好的施工性。但其涂膜较软，耐水、耐碱性欠佳。醇 酸树脂可与其他树脂（如硝化棉、氯化橡胶、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨脂树脂、氨基树 脂）配成多种不同性能的自干或烘干漆，广泛用于桥梁等建筑物以及机械、车辆、船舶、飞 机、仪表等涂装。此外，醇酸树脂原料易得、工
6、艺简单，符合可持续发展的社会要求。目前， 醇酸漆仍然是重要的涂料品种之一，其产量约占涂料工业总量的20%25%。此次设计首先是根据想要生产的醇酸树脂，联系来源难易，经济价格，生产工艺的基本 要求来选择相对合适的原材料甘油，豆油和苯酐及添加剂，其次结合生产设计要求确定醇酸 树脂的理论配方，再由理论配方确立合适的生产工艺指标及流程并进行物料衡算，最后根据 所设计的醇酸树脂工艺写出其产品质量指标。另外，本次设计还会对醇酸树脂的改性及其应 用作初步了解，并对其生产过程中的几种异常现象作探讨，创新。第一章醇酸树脂概述1.1醇酸树脂醇酸树脂是由多元醇、多元酸和一元酸缩聚而成的线性树脂，具有合成技术成熟、制
7、造 工艺简便、原料易得以及树脂涂膜综合性能好等特点，在涂料用合成树脂中用量最大用途最 广。采用醇酸树脂制造的涂料，酸值低，能溶解于多种有机溶剂，并能与其他多种合成树脂 改性，因此具有良好的混溶性和提高它的物理或化学性能。1.1.1醇酸树脂涂料的优点：（1）干燥后形成高度网状结构，不易老化，耐候好，丰满，光泽持久不褪。（2）膜柔韧而监牢，附着力好，耐摩擦（3）抗矿物油性，抗醇类溶剂性良好等特点，特别是烘烤后耐水性、绝缘性、耐油性大大 提高，且具有很好的施工性。（4）醇酸树脂可与其他树脂（如硝化棉、氯化橡胶、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨脂树脂、 氨基树脂）配成多种不同性能的自干或烘干漆，广泛用于桥梁
8、等建筑物以及机械、车辆、船 舶、飞机、仪表等涂装。（5）醇酸树脂原料易得、工艺简单，符合可持续发展的社会要求。1.1.2醇酸树脂涂料的缺点：（1）干结成膜较快，但完全干透时间较长；（2）耐水差，不耐碱；（3）防盐雾、防湿热、防霉菌性稍差；1.2醇酸树脂的分类1.2.1按改性用脂肪酸或油的干性分（1）干性油醇酸树脂：由高不饱和脂肪酸或油脂制备的醇酸树脂，可以自干或低温烘干，溶剂用200号溶剂油。该 类醇酸树脂通过氧化交联干燥成膜，从某种意义上来说，氧化干燥的醇酸树脂也可以说是 一种改性的干性油。干性油漆膜的干燥需要很长时间，原因是它们的相对分子质量较低， 需要多步反应才能形成交联的大分子。醇酸树
9、脂相当于“大分子”的油，只需少许交 联点，即可使漆膜干燥，漆膜性能当然也远超过干性油漆膜。（2）不干性油醇酸树脂：不能单独在空气中成膜，属于非氧化干燥成膜，主要是作增塑剂和多羟基聚合物（油）。用 作羟基组分时可与氨基树脂配制烘漆或与多异氰酸酯固化剂配制双组分自干漆。（3）半干性油醇酸树脂：性能在干性油、不干性油醇酸树脂性能之间。1.2.2按醇酸树脂油度分包括：长油度醇酸树脂、短油度醇酸树脂、中油度醇酸树脂。油度：表示醇酸树脂中含油量的高低。油度（OL）的含义：是醇酸树脂配方中油脂的用量（、）与树脂理论产量（吧）之比。 其计算公式如下：W以脂肪酸直接合成醇酸树脂时，脂肪酸含量（OLf）为配方中脂
10、肪酸用量（f）与树脂理 论产量之比。W 、，一_ W二单体用量一生成水量=甘油（或季戊四醇）用量+油脂（或脂肪酸）用量一生成水量为便于配方的解析比较，可以把OLf换算为OL。油脂中，脂肪酸基含量约为95%,所以：引入油度（OL）对醇酸树脂配方有如下的意义：（1）表示醇酸树脂中弱极性结构的含量。因为长链脂肪酸相对于聚酯结构极性较弱，弱 极性结构的含量，直接影响醇酸树脂的可溶性，如长油醇酸树脂溶解性好，易溶于溶剂汽 油，中油度醇酸树脂溶于溶剂汽油-二甲苯混合溶剂，短油醇酸树脂溶解性最差，需用二 甲苯或二甲苯/酯类混合溶剂溶解；同时，油度对光泽、刷涂性、流平性等施工性能亦有 影响，弱极性结构含量高，
11、光泽高、刷涂性、流平性好；（2）表示醇酸树脂中柔性成分的含量，因为长链脂肪酸残基是柔性链段，而苯酐聚 酯是刚性链段，所以，OL也就反映了树脂的玻璃化温度（Tg ）,或常说的“软硬程度”，油度长时硬度较低，保光、保色性较差。醇酸树脂的油度范围如下：油度长油度中油度短油度油长/%6040 6040苯酐量/%35油度/%60556040503040甘油过量/%010101717303035第二章醇酸树脂的合成2.1合成原理醇酸树脂是由多元醇、多元酸和一元酸缩聚而成的线性树脂，具有合成技术成熟、制造 工艺简便、原料易得以及树脂涂膜综合性能好等特点。通常由多元醇和多元酸可以进行缩聚 反应，所生成的缩聚物
12、大分子主链上含有许多酯基(一COO一),这种聚合物称为聚酯。涂料 工业中，将脂肪酸或油脂改性的聚酯树脂称为醇酸树脂(alkyd resin)，而将大分子主链上 含有不饱和双键的聚酯称为不饱和聚酯，其它的聚酯则称为饱和聚酯。这三类聚酯型大分子在涂料工业中都有重要的应用。甘油和苯酎的摩尔比按2 : 3投料，则该体系的的平均官能度为：(2X3 + 3X2) / (2 + 3)=2.4，其Crothers凝胶点为Pc = 2/2.4=0.833,因此，若官能团的反应程度超过凝 胶点，就生成体型结构缩聚物。其结构可表示如下：O O O O OE O 一 CH2- RT C- Q- C/ b。一 CH2-
13、 C旷 CH,-。- C、/ CO CH2-早厂 CH,-。打这种树脂遇热不融，亦不能溶于有机溶剂，具有热固性，不能用作成膜物质。所以制造醇酸 树脂时先将甘油与脂肪酸酯化或甘油与油脂醇解生成单脂肪酸甘油酯，使甘油由3官能度变 为2官能度，然后再与2官能度的苯酎缩聚。此时体系为2-2线型缩聚体系，苯酎、甘油、 脂肪酸按1:1:1摩尔比合成醇酸树脂的理想结构为：八O 一 CH- CHOIO=CR-O - ch- chIOO = CR上述大分子链中引入了脂肪酸残基，降低了甘油的官能度，同时也使大分子链的规整度、结 晶度、极性降低，从而提高了漆膜的透明性、光泽和柔韧性和施工性。若使用干性脂肪酸(或 干
14、性油)，则在催干剂的作用下，可在空气中进一步发生氧化聚合、干燥成膜。2.2合成原料醇酸树脂的原料包括多元醇、多元酸、脂肪油或脂肪酸、催化剂、催干剂回流溶剂等。原料种类不同，对醇酸树脂水分散性及漆膜性能影响也不同。2.2.1多元醇常用于合成水性醇酸树脂的多元醇有甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇等。2.2.2多元酸主要为邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸酐、偏苯三酸酐等。脂肪油或脂肪酸作为单官能度单 体，可以明显降低体系的平均官能度，减少凝胶可能性。2.2.3脂肪油（酸）其加入量不同，树脂分子结构中柔性与刚性基团比例不同，最终影响树脂性能。脂肪酸 可以作为一元酸直接参与酯化反应。脂肪油需要先与多元
15、醇进行醇解反应。一方面是为了使 多元醇和脂肪油形成均相体系，有利于第二步的酯化反应；另一方面在醇解反应完成后， 原来的三元醇转化成为二元醇，降低了酯化反应的平均官能度，提高了工艺的稳定性。这样 在配方设计中通常将脂肪油分成甘油部分和脂肪酸两部分实际上就是醇解工艺的体现。2.2.4催化剂若使用醇解法合成醇酸树脂，醇解时需使用催化剂。常用的催化剂为氧化铅和氢氧化锂 （LiOH），由于环保问题，氧化铅被禁用。醇解催化剂可以加快醇解进程，且使合成的树脂 清澈透明。其用量一般占油量的0.02%。聚酯化反应也可以加入催化剂，主要是有机锡类。 如二月硅酸二丁基锡、二正丁基氧化锡等。2.2.5催干剂干性油（或干性油脂肪酸）的“干燥”过程是氧化交联的过程，该反应由过氧化氢键开 始，属连锁反应机理。通
