环氧树脂开题报告-.doc

化工与材料工程学院毕业论文开题报告邻苯二甲酸二缩水型环氧树脂的合成学生学号 08120123 学生姓名 李增鹏 专业班级 高分0801 指导教师 于晓波讲师 联合指导教师 教 授 完成日期2012.3.23吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工学院化工与材料工程学院毕业设计（论文）开题报告1课题来源及选题的目的和意义环氧树脂通常是在呈液态状态下使用的，经常温或加热进行固化，达到最终的使用目的，作为一种液态体系的环氧树脂具有在固化反应过程中收缩率小，其固化物的粘接性，耐热性，耐化学药品性以及机械性能优良的特点，是热固性树脂中应用量最大的一个品种。缺点是耐候性和韧性差，限制了它的使用。环氧树脂具有优异的力学性能、耐热性能以及耐化学腐蚀性能, 是制造高性能复合材料的重要基体之一 1 4。环氧树脂按化学结构可大致分为缩水甘油醚类 、缩水甘油酯类、 缩水甘油胺类、 脂环族环氧树脂环氧化烯烃类，近年来还出现了一些新型环氧树脂（如海因环氧树脂，酰亚胺环氧树脂等）， 含无机元素等的其他环氧树脂，（如有机硅环氧树脂以及有机钛环氧树脂等）。其中缩水甘油酯型环氧树脂的品种很多，但工业化生产的主要是苯二甲酸缩水甘油酯和四氢邻苯二甲酸缩水甘油酯及六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯。由于分子结构中含有苯环和极性较强的缩水甘油酯键，除含有环氧树脂的通性以外，还具有粘度小、工艺性好、反应活性大、相容性好、粘接强度高、电绝缘性好，良好的耐超低温性、表面光泽度及透光性、耐候性好等特性。可制成性能优良的胶黏剂，具有良好的光固化性和厌氧粘结剂，既可单独使用，也可作稀释剂5-10。邻苯二甲酸酐是一种重要的基本有机原料,它是制造增塑剂、聚脂树脂和醇酸树酯的主要原料,还可用于生产医药、染料中间体、涂料、农药、糖精等产品的生产11。以苯酐为原料合成的环氧树脂已有一些报道12-15 缩水甘油酯型环氧树脂的品种较多，但工业化生产的主要是苯二甲酸缩水甘油酯和四氢邻苯二甲缩水甘油酯及六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯。这类环氧树脂的分子中含有极性较强的缩水甘油酯键，因此与缩水甘油醚型环氧树脂相比较，其反应活性大，粘接强度高，可由胺类，酸酐类及咪唑类固化剂固化。（1）粘度小，工艺性好。如711环氧树脂的黏度仅为E-51环氧树脂黏度的1/30-1/20因而工艺性好，可用于浇注，包封，也可用作活性稀释剂。（2）反应活性大。可用三乙烯四胺，4，4-二氨基二苯甲烷，六氢苯酐为固化剂时凝胶时间只有双酚A型环氧树脂的一半左右。（3）与其它环氧树脂的相容性好，可改进普通环氧树脂的性能。（4）粘接性强多高，如邻苯二甲酸二缩水甘油酯（S -508）比双酚A缩水甘油醚（E-828）的剪切强度（Fe-Fe）高出约50%左右，固化物的力学性能好。（5）具有良好的耐超低温性，在；- 253 -196的超低温条件下，仍具有比双酚A型环氧树脂高的剪切强度。（6）电绝缘性好，尤其是耐漏电痕迹性好。（7）表面光泽及透光性好。如间苯二胺固化的711环氧树脂浇注体得透光率可达到85%。（8）由于分子中不含有酚氧基，因此耐候性小于双份A型环氧树脂.其耐候性顺序为，饱和缩水甘油酯=芳香环缩水甘油酯四氢邻苯二甲酸=缩水甘油酯双酚A=缩水甘油酯。（9）主要缺点是酯键的存在使耐水性，耐酸性和耐碱性较差。耐热性也较低。但均苯二酸二缩水甘油酯化物得马丁耐热可达到201。缩水甘油酯型环氧树脂可制成性能优良的胶黏剂，如室温快速固化胶黏剂，高韧性室温固化胶黏剂，光学胶黏剂等。其还可与丙烯酸类化合物反应制成环氧丙烯酸，具有优良的光固化性和厌氧粘接性，用酸酐固化时具有室温稳定，适用期长，加热后固化快的特点，很适合用做电子和电器的灌封，包封，浇铸及浸渍的绝缘材料。它与碳纤维有良好的粘接力，宜制作碳纤维复合材料。还可用于层压塑料，模塑料，无溶剂涂料等。邻苯二甲酸二缩水甘油酯（PADE）属于缩水甘油酯型环氧树脂，由于分子结构中含有苯环，分子质量较小，出具有环氧树脂的通性外，还有黏黏度低，反应活性适中，粘接力高，相容性好，电绝缘性和超低温性优异，耐候性好等性能。可单独使用，也可做环氧树脂的稀释剂，用于电子产品或电器的灌封，暴风，浇注及浸渍绝缘材料等。它与碳纤维有良好的粘接力，宜制作碳纤维复合材料。还可用于层压塑料，模塑料，无溶剂涂料等。 2本课题所涉及的内容国内外研究现状综述中国研制环氧树脂始于1956年，在沈阳、上海两地首先获得了成功。1958年上海、无锡开始了工业化生产。20世纪60年代中期开始研究一些新型的脂环族环氧：酚醛环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂等，到70年代末期中国已形成了从单体、树脂、辅助材料，从科研、生产到应用的完整的工业体系。缩水甘油酯型环氧树脂是20世纪50年代发展起来的一类环氧树脂，是分子结构中含有两个或两个以上缩水甘油基的化合物。其合成方法很多，如多元羧酸-环氧氯丙烷法，酸酐-环氧氯丙烷法，多元酸酸酰氯-环氧氯丙烷法，多元羧酸盐-环氧氯丙烷法等。通常都采用第一种方法或第二种方法合成。将酸溶液于过量的环氧氯丙烷中，在催化剂作用下开环酯化，再加碱脱HCI，闭环而成。近年来，晨光化工研究院试制了缩水甘油型环氧树脂以内次甲基四氢化邻苯二甲酸二缩水甘油酯（简称NAG），它以内次甲基四氢化邻苯二甲酸与环氧氯丙烷为基体原料，合成简便，生产周期短。李安伍等人对邻苯二甲酸二缩水甘油酯合成的工艺条件研究得到了产品外观无色清亮的邻苯二甲酸二缩水甘油酯型环氧树脂。15付新建管利霞贾文静吴璧耀等人通过一步法合成邻苯二甲酸二缩水甘油酯的反应合成了邻苯二甲酸二缩水甘油酯型环氧树脂。16李默宇 梁胜彪 孟庆云 杨小平碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体进一步说明了缩水环氧树脂很好的和碳纤维结合。171936年，Castan生产了琥珀色环氧氯丙烷一双酚A树脂，并同邻苯二甲酸酐反应生产出用于浇铸和模塑制品的具有工业意义的热固性制品。20世纪50年代后期，美国的两个主要公司，汽巴和DevoeRaynolds继续研究缩水甘油醚型环氧树脂，壳牌化学公司只提供环氧氯丙烷，联合碳化物塑料公司首先制造酚醛树脂和双酚A，欧洲汽巴和壳牌集中开发了环氧树脂。Row e 和Nichols橡胶增韧环氧树脂18。 3本课题有待解决的主要关键技术问题1怎样提高邻苯二甲酸二缩水甘油酯型环氧树脂的纯度。2水的含量对酯化反应影响。3达到最大反应程度是所学要的反应时间。4向环氧树脂中怎样加入固化剂，含量是多少，怎样减少固化时出现的气泡。4课题研究的内容和实施方案（主要包括研究内容、拟采用的研究方法、技术路线、预期成果、所采取方案的可行性分析等）4.1环氧树脂的制备4.1.1试验药品邻苯二甲酸酐( PA ) , 分析纯； 环氧氯丙烷( ECH) , 化学纯； 苯, 化学纯； 甲苯, 化学纯； 氢氧化钠, 分析纯；无水氯化钙, 化学纯；磷酸二氢钠, 化学纯；四正丁基溴化铵( TBAB) 均为工业品( 纯度99% ) 。4.1.2 实验仪器 250ml四口烧瓶，温度计，回流冷凝器，电动搅拌，分液漏斗，量筒，大小烧杯若干，搅拌棒，循环水式多用真空泵。4.1.3 步骤向带有搅拌和回流冷凝器的四口烧瓶中加入计量的37g邻苯二甲酸干（PA）、45.5mL环氧氯丙烷( ECH) 在2035条件下搅拌溶解邻苯二甲酸酐，待其全部溶解后，调整油浴锅温度温度，当温度升高到某一值时开始加入1.77g催化剂四丁基溴化铵，和6mL水，然后控制温度在110左右，反应2h3h后，称取10g氢氧化钠配置成25%溶液，分批加入到三口瓶中在110左右反应3h4h后，停止反应，趁热出料，加入一定量的热水搅拌，洗涤静止分层，取树脂层，重复3次后，对树脂进行抽真空脱水，放入真空干燥箱中，设定温度为40进行干燥24个小时，对药品进行测定环氧值及树脂粘度。4.1.4实验中的相关变量 水，催化剂用量，反应物摩尔配比，反应时间，反应温度。4.1.5 计算反应产率。 环氧树脂的产率=实验制的环氧树脂的质量(g)*100%/理论环氧树脂的质量（g）4.1.6 对所制备出的树脂进行测试。盐酸-丙酮溶液的制备将1ml浓盐酸溶于40ml丙酮中，均匀混合即可。氢氧化钠醇溶液的制备 将2g氢氧化钠 50ml乙醇中，用标准邻苯二甲酸请假溶液标定酚酞作指示剂。（1）环氧值的测定取两125ml碘瓶，再分析天枰上个取1g左右（精确到1mg）环氧树脂，用移液管加入25ml盐酸-丙酮溶液，加盖，摇匀是树脂完全溶解，放置阴凉处1h，加酚酞指示剂3滴，用氢氧化钠醇溶液滴定。同时按上述条件做两次空白试验。环氧值（mol/100g树脂）E按下式计算V1为空白滴定所消耗的氢氧化钠溶液的体积ml ;v2为样品测试消耗的氢氧化钠溶液体积ml ; m为树脂的质量g. (2) 环氧树脂纯度的鉴定通过实验室中的气象色谱仪来测试已制备好的环氧树脂的纯度。热性能分析(3)差示扫描量热分析(DSC)固化曲线测试利用NETZSCH204FI差示扫描量热分析仪，氢气环境温速率分别为5/min、10/min、巧/min及20/min，扫描温度范围0一300。(4)热重分析(TGA)热失重实验采用TAQ5000热重分析仪，氮气气氛，升温速度:10/min，描温度范围:室温一700。(5)动态力学分析(DMTA)固化树脂豁弹性能测试采用TAQ800动态勃弹谱仪，试样尺寸20mmX5mmX2mm，空气气氛，单悬臂模式，测试频率IHz，升温速度为3/mi，温范围:室温一300。(6)剪切强度测试剪切强度按GB/T7124一1986标准测试，即用游标卡尺测量试样搭接面度与宽度，精确到0.02mm，将试样夹持到拉力试验机上、下夹持器中，处至搭接端距离为(50士1)mm，加载速度(5士1)mm，记录试样剪坏时的最大负荷，重复操作2次取平均值。试片采用LY12CZ铝合金，预先经脱脂、砂纸打磨及化学氧化处理。4.1.7实验预期结果 产品的环氧值大致为6.0-6.5，黏度小。 4.2树脂固化与产品的制备 与酸酐/环氧树脂体系相比较, 芳香胺/氧树脂体系的力学性能和耐热性能都更加突出19，20,以二氨基二苯砜( DDS) 为固体剂, PES 增韧环氧树脂, 随固化反应的进行可形成半互穿网络结构, 分相后的PES 颗粒受到外场力作用产生自身变形( 冷拉现象) 而吸收了大量能量, 使体系韧性提高 21 1.固化剂用量的计算(1)胺类固化剂用量计算：(2)低相对分子量聚酰胺用量计算：(3)酸酐固化剂用量计算：当用一种酸酐固化剂时按以下式子计算C为修正系数，场合不同采用不同的数值C=0.85，一般的酸酐；0.6使用含氯酸酐或使用锌酸锡等有机金属盐1.0使用叔胺作固化剂；0.8使用叔胺和（）盐时2.固化剂选用DDS，将邻苯二甲酸二缩水甘油酯与DDS按一定比例混合后，将混合树脂浇灌涂有硅油的模板中，然后将其放倒烘箱里加热到某一温度下预固化X小时，再升温到某一温度固化X小时。取出模具降到室温，拿出产品，到万能拉伸仪上进行测试,测取产品的拉伸强度,断裂伸长度,弹性模量。冲击试验。3.对结果进分析5完成本课题的工作计划及进度安排(包括文献查阅、外文翻译、开题报告、方案设计与实现、计算与实验、论文撰写等)设计总共16周。具体安排如下：2012.03.052012.30.16：调研、收集资料（书籍和案例）、外文翻译；2012.03.192012.03.23：撰写开题报告2012.03.262012.03.30：完成系统需求分析，画出需求分析框图和系统结构图，最后确定方案；2012.04.022012.05.18：系统的具体实现，编程；2012.05.212012.06.01：系统调试（包括测试）和修改；2012.06.042012.06.22：论文撰写、装订与提交，准备答辩。- 8 -6参考文献1 Donn et JB, Bansal RC. C arbon F iber, 2nd edn. N ew York: M arcelDekk er, 1990.2 B aderM. G. Selection of composite m aterials and m anufacturingroutes for costeffect ive perform ance J . Com positesA, 2002, 33:913934.3 PeterM organ. C arb on Fib ers and their Com posites. New York: Taylor& Fran icis Group, 2005.4 Sh anglin Gao, Md er E, Zhandarov SF. Carbon f iber and compositesw ith epoxy res ins: topography, fractography and in terphases J .C arbon, 2004, 42( 3) : 515529.5李桂林.环氧树脂与环氧涂料M.北京:化学工业出版社,2003:48-52.6贺曼罗.环氧树脂胶粘剂M.北京:中国石化出版社,2004:1-7.7徐维正.环氧树脂市场近况J.精细与专用化学品,2005,13(13):28-30.8朱红军,王建军.环氧树脂的生产、消费及国内外生产技术进展J.中国氯碱,2002(9):23-25.9陈金龙.精细有机合成原理与工艺M.北京:中国轻工出版社,1992:447-449.10张方知.微电子用高纯度环氧树脂和酚醛树脂J.热固性树脂,1998,13(1):58-60. 11陈凤婷,丁莉,王贵友,等.混合型环氧树脂水分散液的制备与表征J.功能高分子学报, 2007, 17 (12):561-564.12付中林,尹文华,吴