新型耐酸耐堿膠黏劑的研究與制備

苗同智

(哈爾濱華爾化工有限公司開發(fā)處,黑龍江哈爾濱150038)

    摘要：設(shè)計(jì)了一種新型呋喃樹脂。經(jīng)過試驗(yàn)確定了新型樹脂的合成工藝。并用該樹脂與固化劑,惰性添料配制成膠黏劑,測試其常溫、熱處理及腐蝕后的膠的力學(xué)性能、腐蝕率及膠化時(shí)間。測試結(jié)果表明:該樹脂膠具有良好的耐酸耐堿性能。通過性能比較,可以得出如下結(jié)論:自制的呋喃樹脂膠已接近或超過了國內(nèi)外呋喃系列樹脂膠的性能?？梢源孢@些膠用于化工防腐施工上。試驗(yàn)證明采用新的配料操作步驟,避免了爆聚現(xiàn)象的發(fā)生,改善了施工性能。

    關(guān)鍵詞:呋喃樹脂;樹脂膠;防腐蝕

    中圖分類號(hào):TQ433.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1001-0017(2008)03-0068-03

    前言

    隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展和化學(xué)生產(chǎn)過程的強(qiáng)化,對(duì)化工設(shè)備用材提出了更高的要求。研制性能優(yōu)良的非金屬材料,已成為化工防腐工作者的重要課題。

    化工生產(chǎn)過程中,化學(xué)反應(yīng)不外乎是在酸、堿和有機(jī)溶劑或其交替介質(zhì)中進(jìn)行的。對(duì)那些在交替介質(zhì)中進(jìn)行的反應(yīng),就要求化工設(shè)備既耐酸、又要耐堿和耐有機(jī)溶劑。對(duì)于這樣一個(gè)苛刻的條件,某些金屬材料已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求,用貴金屬及其合金造價(jià)太高,從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),對(duì)鋼鐵設(shè)備實(shí)行必要的防腐保護(hù)—磚板襯里技術(shù)則是一種行之有效的方法[2,3]對(duì)酸、堿交替設(shè)備,采用磚板襯里,就需要一種既耐酸又耐堿的膠黏劑[4~6]。國內(nèi)外資料表明,苯酚醛系樹脂膠耐酸性突出,由于結(jié)構(gòu)中含有大量的酚烴基,易與堿作用,耐堿性差,固化后的膠耐熱性也不夠理想(工程使用溫度120℃以下)。呋喃樹脂膠具有突出的耐腐蝕性能,對(duì)熱穩(wěn)定(工程使用溫度180℃以下)抗熱沖擊,其主要原料來自農(nóng)副產(chǎn)品,棉子殼、稻殼、玉米芯和桿的水解物,資料豐富,生產(chǎn)工藝簡單。由于呋喃樹脂膠黏劑具有優(yōu)良的性能,原料易得,價(jià)格便宜,所以引起了國內(nèi)外防腐工作者的普遍重視。20世紀(jì)40年代后,開始在工程上正式使用,目前國內(nèi)外在化工防腐上已大量采用呋喃樹脂,并已商品化,如西德Hoechs公司的VP701,日本富士公司的F1003、F1005,前蘇聯(lián)的ΦYαMOH,41-ΦΦΦ等。)

    目前國內(nèi)呋喃樹脂的工業(yè)品主要以糖醇、糠醛為原料縮合而成的,這些樹脂在主鏈中含有大量的呋喃環(huán),交聯(lián)后的主鏈結(jié)構(gòu)主要是以碳一碳單鏈聯(lián)結(jié)呋喃環(huán)而成的密度很大的體型結(jié)構(gòu),使其具有耐熱高、機(jī)械強(qiáng)度高和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),但也存在缺陷,如抗沖擊性差、粘接強(qiáng)度低和固化性能差等,這些缺點(diǎn)也限制了呋喃樹脂在工業(yè)防腐上的應(yīng)用。

    1試驗(yàn)部分

    1.1原料及設(shè)備

    糠醇,工業(yè)品(純度98%),紅棕色液體,乙醛,工業(yè)品(純度99%),無色液體,糠醛,工業(yè)品(純度98%)棕紅色液體。材料試驗(yàn)機(jī),D90-2型電動(dòng)攪拌機(jī)和真空泵。

    1.2樹脂的合成

    針對(duì)現(xiàn)有呋喃樹脂抗沖擊性差,粘接強(qiáng)度低等不足,從高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手,以長鏈活性物質(zhì)(如多元醉、多元醛等)代替原合成用的甲醛,增加呋喃環(huán)之間C-C單鏈的長度,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能的綜合改善。

    本實(shí)驗(yàn)采用乙醛在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┫驴膳c糠醛反應(yīng),確定了如下合成工藝:

    該種樹脂首先由糠醛、乙醛縮合成初聚物,然后與糖醇在催化劑下縮聚,經(jīng)中和、水洗和減壓脫水而制得的。

    1)初聚物的合成:在裝有攪拌器和加熱裝置的三口瓶中,加入糖醛196g和適量乙醛,然后慢慢加入催化劑Ⅰ,遇有溫度升高,加冷水冷卻,嚴(yán)格控制溫度不超過30℃,加完后,升溫至60~70℃,保溫,然后提高溫度,在90±2℃,保溫1h~2h,降溫至30℃,用催化劑Ⅱ調(diào)pH至2~3備用。

    2)樹脂的合成:向制得的初聚物中加入糠醇100g,在中溫下保溫0.5h~1h,然后升溫至高溫,保溫1h,降溫至40℃,加200mL蒸餾水,中和pH=7,攪拌5min,靜止分層,除去上層含鹽水,真空脫水,至無水流出為止。

    合成樹脂的物理性能如表1(黏度用涂-4#杯在t=20℃下測定,密度在20℃下測定)所示。

    1.3膠的制備

    原有的配料過程是:按計(jì)量稱取樹脂,固化劑和石墨粉,在冷卻下,慢慢向樹脂中加入固化劑,向體系中加入石墨粉。

    該操作步驟,對(duì)于控制反應(yīng)速度和換熱很不合理,需要嚴(yán)格控制固化劑的滴加速度,對(duì)施工很不方便,針對(duì)這一弱點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種新的操作步驟:按計(jì)時(shí)稱取樹脂、固化劑和石墨粉;將石墨粉加入樹脂中,攪拌均勻,在冷卻后,向體系中慢慢加入固化劑。采用這一新的施工操作步驟,有利于避免產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象。其原因?yàn)?/span>:在樹脂中先加入石墨粉,有利于導(dǎo)熱。有利地避免了反應(yīng)熱聚集。在實(shí)際配料中,采用該步驟,確實(shí)未發(fā)生過爆聚現(xiàn)象,改變了原來呋喃樹脂固化性能差的缺點(diǎn)。

    采用上述的聚合途經(jīng)和施工操作步驟,制備了呋喃樹脂膠黏劑,并對(duì)膠的抗拉、抗壓及腐蝕后的性能進(jìn)行了測試,其結(jié)果表明:該膠各種性能都不同程度的有所改善。

    2性能測試與比較

    2.1性能測試

    用上面調(diào)制的好的膠制成抗拉和抗壓件,對(duì)其拉伸和壓縮剪切強(qiáng)度及腐蝕率進(jìn)行了測試,其結(jié)果如表2(熱處理后指常溫7d后,熱處理溫度分別為40℃、60℃、80℃,相應(yīng)時(shí)間分別為4h、8h、12h,經(jīng)自然冷卻后測得的,表中的值數(shù)次測量后的平均值)所示:

    2.2膠化時(shí)間的測定

    取約1g樹脂放在加熱板上,并用玻璃棒不斷攪拌,觀察加熱過程中硬化情況,當(dāng)樹脂變?yōu)椴蝗軤顟B(tài)時(shí)所需要的時(shí)間,即為膠化時(shí)間,加熱板的溫度為150℃,取3次試驗(yàn)的平均值,其膠化時(shí)間為55min。

    2.3性能比較

    為自制膠與西德VP701和蘇聯(lián)ΦYαMOH及國產(chǎn)YJ呋喃樹脂膠性能比較。

    試驗(yàn)證明采用新的配料操作步驟,避免了爆聚現(xiàn)象的發(fā)生,改善了施工性能。

    參考文獻(xiàn):

    [1]謝國泉,周志強(qiáng).大型硫酸吸收塔耐蝕襯里防護(hù)施工作用[J].腐蝕與防護(hù),1999,20(6):287~288.

    [2]王海寧,任如山.麻石煙氣脫硫裝置耐酸膠的研究[J],南方冶金學(xué)院學(xué)報(bào),2003,24(4):62~64.

    [3]李興.耐酸膠用新型材料[J].重慶工業(yè)高等專科學(xué)報(bào),2002,17(B11):111~113.

    [4]孫內(nèi)健.耐酸膠在電力建設(shè)中的應(yīng)用[J].四川電力技術(shù),1997,20(5):49~50.

    [5]劉娟,石小川.單組分硅酸鹽耐酸膠的制備[J].內(nèi)蒙古石油化工1996,22(2):49~51.

    [6]陳安仁,田小妹.粉煤灰在耐酸膠中的應(yīng)用研究[J].上?；?/span>,1999,24(22):26~27.