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處,黑龍江哈爾濱150038)

    摘要：設計了一種新型呋喃樹脂。經過試驗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性能、腐蝕率及膠化時間。測試結果表明:該樹脂膠具有良好的耐酸耐堿性能。通過性能比較,可以得出如下結論:自制的呋喃樹脂膠已接近或超過了國內外呋喃系列樹脂膠的性能。可以代替這些膠用于化工防腐施工上。試驗證明采用新的配料操作步驟,避免了爆聚現象的發生,改善了施工性能。

    關鍵詞:呋喃樹脂;樹脂膠;防腐蝕

    中圖分類號:TQ433.43文獻標識碼:B文章編號:1001-0017(2008)03-0068-03

    前言

    隨著化學工業的迅速發展和化學生產過程的強化,對化工設備用材提出了更高的要求。研制性能優良的非金屬材料,已成為化工防腐工作者的重要課題。

    化工生產過程中,化學反應不外乎是在酸、堿和有機溶劑或其交替介質中進行的。對那些在交替介質中進行的反應,就要求化工設備既耐酸、又要耐堿和耐有機溶劑。對于這樣一個苛刻的條件,某些金屬材料已遠遠不能滿足要求,用貴金屬及其合金造價太高,從經濟的角度出發,對鋼鐵設備實行必要的防腐保護—磚板襯里技術則是一種行之有效的方法[2,3]對酸、堿交替設備,采用磚板襯里,就需要一種既耐酸又耐堿的膠黏劑[4~6]。國內外資料表明,苯酚醛系樹脂膠耐酸性突出,由于結構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,對熱穩定(工程使用溫度180℃以下)抗熱沖擊,其主要原料來自農副產品,棉子殼、稻殼、玉米芯和桿的水解物,資料豐富,生產工藝簡單。由于呋喃樹脂膠黏劑具有優良的性能,原料易得,價格便宜,所以引起了國內外防腐工作者的普遍重視。20世紀40年代后,開始在工程上正式使用,目前國內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,前蘇聯的ΦYαMOH,41-ΦΦΦ等。)

    目前國內呋喃樹脂的工業品主要以糖醇、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,交聯后的主鏈結構主要是以碳一碳單鏈聯結呋喃環而成的密度很大的體型結構,使其具有耐熱高、機械強度高和化學穩定性好等優點,但也存在缺陷,如抗沖擊性差、粘接強度低和固化性能差等,這些缺點也限制了呋喃樹脂在工業防腐上的應用。

    1試驗部分

    1.1原料及設備

    糠醇,工業品(純度98%),紅棕色液體,乙醛,工業品(純度99%),無色液體,糠醛,工業品(純度98%)棕紅色液體。材料試驗機,D90-2型電動攪拌機和真空泵。

    1.2樹脂的合成

    針對現有呋喃樹脂抗沖擊性差,粘接強度低等不足,從高分子結構設計入手,以長鏈活性物質(如多元醉、多元醛等)代替原合成用的甲醛,增加呋喃環之間C-C單鏈的長度,從而實現機械性能的綜合改善。

    本實驗采用乙醛在適當的催化劑下可與糠醛反應,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,對于控制反應速度和換熱很不合理,需要嚴格控制固化劑的滴加速度,對施工很不方便,針對這一弱點,設計了一種新的操作步驟:按計時稱取樹脂、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,有利于避免產生爆聚現象。其原因為:在樹脂中先加入石墨粉,有利于導熱。有利地避免了反應熱聚集。在實際配料中,采用該步驟,確實未發生過爆聚現象,改變了原來呋喃樹脂固化性能差的缺點。

    采用上述的聚合途經和施工操作步驟,制備了呋喃樹脂膠黏劑,并對膠的抗拉、抗壓及腐蝕后的性能進行了測試,其結果表明: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

    用上面調制的好的膠制成抗拉和抗壓件,對其拉伸和壓縮剪切強度及腐蝕率進行了測試,其結果如表2(熱處理后指常溫7d后,熱處理溫度分別為40℃、60℃、80℃,相應時間分別為4h、8h、12h,經自然冷卻后測得的,表中的值數次測量后的平均值)所示:

    2.2膠化時間的測定

    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,當樹脂變為不溶狀態時所需要的時間,即為膠化時間,加熱板的溫度為150℃,取3次試驗的平均值,其膠化時間為55min。

    2.3性能比較

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

    試驗證明采用新的配料操作步驟,避免了爆聚現象的發生,改善了施工性能。

    參考文獻:

    [1]謝國泉,周志強.大型硫酸吸收塔耐蝕襯里防護施工作用[J].腐蝕與防護,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],南方冶金學院學報,2003,24(4):62~64.

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

    [4]孫內健.耐酸膠在電力建設中的應用[J].四川電力技術,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用研究[J].上海化工,1999,24(22):26~27.