工学有机硅压敏胶毕业设计课件

1、欢迎各位老师和同学 参加我的毕业答辩 有机硅压敏胶的生产工艺 及其工业化设计答辩人： XXX 指导老师：XXX目录第一部分 有机硅压敏胶的简介第二部分 有机硅压敏胶的研究现状第三部分 有机硅压敏胶的生产工艺研究第四部分 有机硅压敏胶的工业化设计有机硅压敏胶的简介 有机硅压敏胶一般是指用有机硅聚合物为主体的压敏胶，或由有机硅聚合物改性的丙烯酸和有机硅改性橡胶型压敏胶。与传统的丙烯酸酯压敏胶、橡胶型压敏胶相比，它具有优异的耐化学药品、耐水、耐油、耐溶剂、耐高温、耐低温、耐热降解、耐氧化降解等性能，而且能与多种难粘的材料如未经表面处理的聚烯烃（BOPP、PET、PE等）氟塑料、聚酰亚胺以及聚碳酸酯等

2、胶接。 有机硅压敏胶的组成和结构 有机硅压敏胶一般由硅橡胶生胶、MQ树脂及有机溶剂组成。 硅橡胶生胶 MQ硅树脂 有机硅压敏胶的性质 (1)对高能和低能表面材料具有良好的粘附性,因此它对未处理的难粘附材料,如聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚碳酸酯等都有较好的粘结性能。 (2)具有突出的耐高低温性能,可在-73296之间长期使用,且在高温和低温下仍然保持其粘接强度和柔韧性。 (3)具有良好的化学惰性,使用寿命长,同时具有突出的耐湿性和电性能,因此可用来制作电机绝缘胶带,飞机、船舶电动机的电器绝缘,提高其在严峻条件下使用的可靠性。 (4)具有一定的液体可渗透性和生物惰性,可用于治疗药物与人的皮肤的粘接 有

3、机硅压敏胶研究开发现状 根据国内外的文献报道，有机硅压敏胶的研究体系主要有以下几种： (一)溶剂型 目前，大量使用的有机硅PSA仍然是溶剂型有机硅PSA 典型的溶剂是苯、甲苯、二甲苯、二氯甲苯、石油醚以及由这些溶剂组成的混合溶剂，实际应用上常选用甲苯、二甲苯和石油醚作溶剂。使用溶剂的首要目的是降低有机硅PSA的粘度以便于生产上的涂胶，溶剂在PSA烘干过程完全被蒸发，因此溶剂的加人量应以使胶液的粘度达到要求时的最低用量为宜。 溶剂型有机硅PSA的性能尽管优异，但一般合成的有机硅PSA均为低固含量，因而要使用大量溶剂，耗费大量原料和能源，并造成环境污染，这限制了它的进一步发展。尽管如此，长期以来已

4、被证实高性能和通用性的溶剂型有机硅PSA今后仍将使用。 (二)高固含量有机硅PSA 随着环保法规的确立，减小有害空气污染的挥发性有机化合物(VOC)的呼声越来越高，如何提高溶剂型有机硅PSA的固含量，降低VOC值被摆在比较突出的位置。所谓高固含量，是指硅酮含量一般在60 以上，甚至可达到8095 ，与传统的固含量为4050的有机硅PSA体系相比，极大地降低了VOC含量。高固含量有机硅PSA通常主要由胶粘剂基体(烷烯基聚二有机硅氧烷和羟基聚二有机硅氧烷)、树脂类增强剂(含Si-H键的MQ硅树脂)、交联剂和硅氧加成催化剂组成。带有反应活性的烯键和SiH键的有机硅橡胶与高度相容的MQ硅树脂经铂催化硅

5、氢加成反应制备得到。选用合适的引发剂和催化剂，高固含量有机硅PSA在110或更低的温度得到有效固化。 (三)热熔型 热熔型有机硅PSA在近十年发展很快。顾名思义，热熔型PSA是指PSA在常温下为固态，一旦加热到一定温度，就由固态熔化为可涂布粘度的流体，经涂布、冷却后又变成为固态。 热熔型有机硅PSA的优点是不使用有机溶剂、安全、环保和应用方便，并且可采用传统设备进行涂布、成本低、无污染。它的主要缺点是在其制备过程中。每批产品的“加热历史”情况起着重要作用。由于每批热熔胶必须在限定的熔融期加工，一旦涂布过程出现机械故障，那么整批产品只有报废。 （四）乳液型 乳液型压敏胶的开发一般都集中于聚内烯酸

6、酯上，单纯的有机硅压敏胶乳液还未见报道，只有少量有机硅改性丙烯酸酯压敏胶的专利报道。 （五） 辐射固化型 辐射固化主要包括紫外辐射(UV)固化和电子束(EB)固化。辐射固化型有机硅PSA是一类新颖的、无污染、低能耗和高效率的压敏胶，其主要组份有：带烯键聚硅氧烷、可与烯键聚硅氧烷共聚合的单官能团烯类单体和有机硅MQ增粘树脂。由于PSA体系不含或只含少量溶剂，因此，辐射固化避免了溶剂型高温烘干的工序，也就避免了对一些热敏感基材的破坏。 日前，辐射固化型有机硅PSA还处于探索阶段，辐射固化过程应该尽可能在无氧环境中进行，固化速率取决于引发剂和辐射固化官能团 为获得好的弹性性能，辐射固化官能团间的链段

7、分子量应该足够大，然而固化官能团间的分子链增长，相当于交联官能团的浓度被稀释，辐射固化的速率和程度降低。 （六） 树脂改性型 通过物理共混或接枝、嵌段、共聚等化学方法可提高有机硅PSA的性能和降低它的生产成本，扩大其应用范围。例如，硅氧烷可以改善聚酰亚胺的耐冲击性，耐候性，减少吸湿、而且保持良好耐热、机械性能和粘接强度。 （七） 其它类型 生物降解的有机硅压敏胶亦有研究，例如有专利报道一种由含聚乙烯醇的有机硅乳液和天然橡胶为主要组分的压敏胶，涂在无纺人造丝基材上制成胶带，在土壤中不到一年即完全分解。 此外，在有机硅SiO12分子链中引入了P、B、N、Ti、Al、Sn、Pb、Ge等其它元素的杂硅

8、氧烷有机硅胶粘剂也可制成压敏胶带。 有机硅压敏胶从2O世纪7O年代开始国外就有人研究，至今已有一些公司和研究单位申请了专利。而且国外已有专业公司(例如道康宁公司，信越化学公司，东丽有机硅公司，3M 公司等)生产经营各种性能、规格的PSA产品。但是，国内在有机硅PSA的基础研究与产品开发方面均与国外尚有差距。在品种、质量和数量方面远远不能适应高科技工业发展的需要，有机硅PSA 还需进口。目前，只有四川晨光化工研究院和一些高校有此方面的研究报道。而汽车行业、电子行业和航天工业等部门对这种高性能的压敏胶需求量很大，所以高性能、耐高温压敏胶的研究开发一定会有很好的市场前景和经济效益。反应原理 有机硅压

9、敏胶主要是由硅橡胶生胶与彼此不完全互溶的硅树脂，再加上交联剂和其它添加剂相混合制成。硅橡胶是有机硅压敏胶的基本组分，为连续相，它为成膜提供强度。赋于压敏胶必要的内聚力。硅树脂为分散相，用来改善胶的粘性，作为增粘剂并起调节压敏胶物理性质的作用。硅橡胶与树脂之间通过羟基缩合而连接起来。有机硅压敏胶生产工艺研究合成有机硅压敏胶的主要的反应方程式有机硅压敏胶的合成工艺流程框图硅酸钠+稀硫酸产品混合物萃取有机硅压敏胶干燥，后处理MQ硅树脂三甲基氯硅烷+异丙醇交联剂硅橡胶缩合催化剂生产工艺和生产过程 （一）MQ硅树脂的合成： 将一定量的硅酸钠溶于稀硫酸后，搅拌，预热，再加入由定量的三甲基氯硅烷及异丙醇配成

10、的混合液，搅拌，并在规定的温度下反应一段时间后，萃取分离，则可得到MQ硅树脂的甲苯溶液。 （二）有机硅压敏胶的合成： 将定量的MQ硅树脂甲苯溶液和有机硅橡胶用溶剂甲苯溶解，搅拌，再加入适量的缩合催化剂，加热，搅拌，在减压回流过程中，将生成的水连续排出，再加入适量的交联剂，再经干燥，回收缩合催化剂等后处理之后，可制的有机硅压敏胶液。原料配比参数一览表原料原料量kg硅酸钠743.4716.7%的稀硫酸溶液1260.3三甲基氯硅烷386.16异丙醇376.85萃取剂甲苯415.73硅橡胶268.8缩合催化剂0.998交联剂（固化剂）5.71生产1t有机硅压敏胶产品所需原料配比 有机硅压敏胶的技术指标

11、 有机硅压敏胶的技术指标应符合下表的技术要求：项目指标外观（25）无色或淡黄色透明微浊粘稠状液体 黏度（25，mPas） 40.0001000.00cps 固 含 量 （%） 602 硫化时间（165） 10-15分钟 有机硅树脂合成中的影响因素 （1）原料配比的影响 合成端羟基硅树脂是崩备有机硅压敏胶的一个重要组成部分。在合成的过程中原料比例对硅树脂的性能有很大影响。原料比例不同，制备的硅树脂和有机硅压敏胶的性能也就不同。在一定范围内，随着有机硅树脂用量增加，压敏胶的持粘力降低。这是因为有机硅橡胶 在胶粘剂中的主要作用是赋予压敏胶必要的内聚力。因此，有机硅橡胶在配方中的相对用量越小，压敏胶的

12、内聚力越差，但它的相对用量过大又会使压敏胶的粘度太大而难以涂布，还会损失胶的初粘性。 （2）搅拌速度的影响 在硅树脂合成中，搅拌速度对反应影响很大，实验中发现。在硫酸和硅酸钠反应制备硅酸过程中，时有凝胶现象发生。通过改变搅拌速度，可以缓解凝胶程度。制备过程中如果向硫酸中滴加硅酸钠时不搅拌，则发现混合液出现凝胶现象；反之，滴加过程中若快速搅拌便没有凝胶现象出现。凝胶会造成原料的损失，降低有效硅醇基的生成数量，严重影响树脂的合成，进而影响压敏胶性能。 （3） 滴入速度的影响 在合成有机硅树脂的反应中，加入的Me3SiCI(三甲基氯硅烷)，极易水解生成Me3SiOH，使部分增长的硅氧烷封端(当30封

13、端时，水溶性变差；50封端时，则溶于有机相)。因此，可通过改变Me3SiCl的滴入速度来观察它对制备压敏胶的粘性的影响。实验中，当固定反应原料配比，只改变滴入速度时，发现滴入速度不同，制备的压敏胶样的胶粘性能有很大差别。通过查阅文献得出，规定量Me3SiCl的滴人时间为10min时，得到的胶样初粘性相对最好；滴人时间为12-20mln时，得到的胶样持粘性相对最好；滴人时间12min时，得到胶样的180剥离强度相对最好。通过对压敏胶的综合性能进行比较后，将规定量Me3SiCI(要求用量) l2min滴加完毕是最合适的。 （4）固化温度和固化时间的影响 有机硅压敏胶性能好坏不仅和制备硅树脂的工艺条

14、件以及硅树脂和硅橡胶共反应的配比有关，而且，还与硅压敏胶的固化时间和固化温度有关。 对有机硅压敏胶来说，固化时间太短，刚固化不够充分，交联深度不够导致剥离强度不高。反之，固化时间太长，压敏胶交联太深，反而使粘性下降，剥离强度降低。固化温度的改变明显影响了压敏胶的性能，若硅压敏胶固化温度低，固化程度不够、胶料不熟，硅压敏胶要粘板，而且粘合力也低；固化温度过高，虽可使硅压敏胶中的硅树脂和硅橡胶的羟基继续反应增加内聚力同时也增加粘合力，但是这样会降低一些压敏胶的初粘性。经过试验表明在温度150180下，固化时间35分钟胶带性能较为理想。 （5） 其它助剂的选择 缩合催化剂 为了提高压敏胶的内聚力，也

15、为了防止硅橡胶和硅树脂混合后出现过分的相分离，在制造压敏胶时还要加入适量缩合催化剂，使橡胶和树脂的部分分子通过硅醇基的相互缩合反应而连接起来。 交联剂 将硅橡胶和硅树脂进行缩合反应后，压敏胶的内聚力已可满足实用的要求。但这样的胶粘剂本质上仍属于非交联型的。它们的热塑性较大，高温下的持粘力及耐热老化和耐药品性能往往还不能满足某些要求。此时需要在配方中加入适量的交联剂使压敏胶进一步交联起来。 溶剂 使用溶剂的首要目的是降低有机硅PSA的粘度以便于生产上的涂胶，溶剂在PSA烘干过程中会完全被蒸发，因此溶剂的加入量应以使胶液的粘度达到要求时的最低用量为宜。甲苯、苯、二甲苯等芳香族有机溶剂皆能很好地溶解

16、有机硅树脂和橡胶。 规模的确定： 生产规模： 1000t/年 总占地面积: 2000 主厂房面积: 550 库房面积: 500 综合楼面积: 2002 绿化和道路面积: 550 外部配套情况： 由于原材料和其他的辅助材料均为较常见的工业原料,国内市场目前供应比较充分,可以大量的购买.此外,工厂的配套条件如下: 供电条件: 动力用电电压380V 供水条件： 最大供水量100m3 /h 对工艺生产进行物料衡算 设定每年生产固体质量分数为56.5%的有机硅压敏胶，溶液为1103t（一年按200个工作日计算），即产品的生产速率为1106/20024h=208.33kg/h. 如工艺流程图所示，设1号釜

17、的产率80%，4号分离器效率为97%，5号搅拌器的产率为85%，7号干燥塔中产品的质量分数为99%，8号后处理装置中产品的质量分数为99.9%， 硅橡胶生胶的质量流率：ms=210.6456.5%40%85%=56kg/h ， 硅酸钠的质量流率： ms=1269.6112210-3=154.89kg/h， 三甲基氯硅烷的质量流率： ms=41.46108.510-3=84.45kg/h， 异丙醇的质量流率： ms=86.61/866785=78.51kg/h， 稀硫酸的质量流率 ms（稀H2SO4）=1269.611.19810-3+1269.611.151810-3=262.56kg/h ，

18、 反应釜的选择 由于液体间的互溶性，可取实际液体体积占理想液体体积的95%，取实际液体占搅拌体积的55%， 向1号釜中加入水的体积流率Vs1269.611.151810-3103=0.1257 m/h， Vs（浓H2SO4）=1269.611.19810-3/103=0.07438m/h Vs（异丙醇）=78.5178.8=0.1m/h Vs（三甲基氯硅烷）=80.45850=0.095m/h, 1号反应釜中的反应时间为40min， 则所需要1号搅拌釜的体积V（0.1257+0.07438+0.1+0.095）604095%55%=0.45m 则向5号釜加入Vs（硅橡胶）=56（1.1103）

19、=0.051m/h Vs（甲苯）=91.63966=0.106 Vs（MQ硅树脂）=84（1.894103）=0.044 Vs（缩合催化剂）=0.208（1.04510-3） Vs（交联剂）=1.19（1.16103）=0.001 设5号釜反应时间为4h，液体体积与1号 的假定参数相同， 则所需5号搅拌釜的体积V=（0.051+0.106+0.044+0.210-3+0.001）495%55%=1.4m槽式设备的选择设定每天分三批进料，且每次进料占储槽体积的2/3，则所需水的储槽的体积V=1269.611.151810-3810002/3=1.5m 可取2.0m所需硅酸钠的储槽的体积V=154

20、.898（1.5103）2/3=1.2m 可取1.5m所需浓H2SO4的储槽的体积V=1269.611.19810-3 8（1.8103）2/3=0.89m 可取1.0m所需三甲基氯硅烷的储槽的体积V=80.4588502/3=1.1m 可取1.5m所需异丙醇的储槽的体积V=78.5187852/3=1.3m 可取1.5m所需甲苯的储槽的体积V=（7.63+86.61）88662/3=1.3m 可取1.5m所需交联剂的储槽的体积V=1.198（1.16103）2/3=12.3L 可取15L所需硅橡胶的储槽的体积V=568（1.1103）2/3=0.6m 可取1.0m所需催化剂的储槽的体积V=0.2088（1.045103）2/3=2.4L 可取3.0L所需有机硅压敏胶的储槽的体积V=208.338（1.0103）2/3=2.5m 可取3m关于设备的选用 相关的设计图 1 .有机硅压敏胶的合成工艺流程图(附图1) 2 .厂房（厂区）平面布置图（附图2） 3 .关键设备结构示意图（附图3）经济效益的预期 根据