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年产9000吨双酚A型环氧树脂的工厂设计

1引言

1.1环氧树脂发展史

分子中含有两个或更多个环氧基团的树脂即为环氧树脂，它从发明到规模化生产经历了相当长的时间。两个世纪前就有德国人Lindmann把环氧氯丙烷与对苯二酚反应缩聚成树脂并用酸酐使其固化，可是在当时，几乎没有人意识到这个东西能为人所有效利用。但是，这一状态持续了近一个世纪以后，有两个人，分别是一个瑞士人PierreCastan和美国人S.O.Greenlee，对这种树脂有很大兴趣。他们开始进一步研究合成环氧树脂。之后在1934年，Schlack发现含环氧基团数大于1的化合物可以用胺类化合物聚合成高分子。四年后，美国的S.O.Greenlee和瑞士Pierrecastan发现ECH和BPA可以合成环氧树脂，然后在两者反应的同时加入适量有机胺或邻苯二甲酸盐可以使树脂固化，而且他们经过一系列探究实验和总结数据后惊奇地发现这样合成的树脂具有肉眼可见明显的粘附效果。以上一系列关于环氧树脂的进步和发展极大的促进了环氧树脂的工业化生产的进程。首次决定进行大规模批量化生产环氧树脂这一开创性的伟大举动的公司是美国的DeVoe-Raynolds公司。再这之后还有更多的国外公司也随之一边招募专业人才进行环氧树脂地开发和改进一边进行着环氧树脂的工业化生产。在上世纪中叶，环氧树脂在很多领域都有了极大的发展，比如金属粘合剂、浇铸，抗腐涂料，绝缘材料的应用等领域。环氧树脂的发展突飞猛进，我国从1958才开始对环氧树脂进行研究，但很快就投入了生产[2]。到现在，基本85%的环氧树脂都是双酚A型。

1.2双酚A型环氧树脂的特点和用途

双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在碱性条件下经过缩合，经水洗、脱溶剂精制成的高分子化合物。

分子量的变化会影响双酚A型环氧树脂的性能，具体表现在：

当M增大时，相同质量的环氧树脂中所含环氧基团的物质的量会减小，树脂的软化温度和固化所需温度提高、形成的固态树脂的硬度变低且更有韧性等。随着环氧树脂的M的不同，环氧树脂固化时起决定性作用的基团也不同。M≤400时环氧基起到主要作用而当M开始变大时环氧基对环氧树脂固化的影响越来越淡薄，随着而变化的是-OH的影响，当M达到一定程度后-OH对环氧树脂的固化起决定性作用。因此，当环氧树脂M值达到相当大的时候（大于10万），无需借助外物作用就能在常温常压条件下自主表现为固态。

环氧树脂快速发展到现在已有将近一个世纪的时间，它的应用已经非常广泛而普遍。以环氧树脂为生产原料而制得的产品具备许多表现优异的物化性能，所以环氧树脂也被大幅度的应用在化学涂料、胶水胶布、物品外包装、玻璃钢制作等领域。

1.3双酚A型环氧树脂生产原料

1.3.1环氧树脂生产的主要原材料及物理特征

表1-1环氧树脂的主要原材料及规格

1.3.2环氧树脂生产的主要原材料的性质

1.双酚A：白色片状或粒状的晶体,属于毒化品，不溶于水，25℃时可少量溶于苯、甲苯、二甲苯，醚、醇、丙酮和碱性溶液可做其溶剂。温度上升时溶解度表现为大幅度增大。

2.环氧氯丙烷：没有颜色，含有毒性，化学性质不稳定，与仿氯有相同气味，微溶于水，醇醚甲苯可做其良好溶剂。接触人体眼部会有高程度不良反应且存在隐藏性引发人体癌症的可能。

3.氢氧化钠：白色半透明的晶状固体，可与酸性物质反应生成水，有较强腐蚀性。

4.苯：无色透明，有甜常温下呈液态，不溶于水但可做有机分子和一些非极性无机分子的有机溶剂。

1.4双酚A型环氧树脂合成方法

1.4.1双酚A型环氧树脂合成原理

双酚A型环氧树脂是在碱性催化剂(通常用NaoH)作用下由环氧氯丙烷和双酚A经缩合而成，反应历程在学术界还没有统一的认识。但其合成反应大体如下[3-5]：

1.开环反应：双酚A的羟基和环氧氯丙烷在以强碱（氢氧化钠）为催化剂的催化作用下，环氧基发生反应，生成端基为氯化羟基的化合物。

2.闭环反应：氯化羟基和Na0H发生反应，之后脱HCl形成环氧基。

3.开环反应：新生成的环氧基和双酚A的羟基发生反应生成具有端羟基的化合物。

4.开环反应：端羟基化合物和环氧氯丙烷进一步反应生成具有端氯化羟基的化合物。

5.闭环反应：生成的氯化羟基中的卤素基团再与强碱NaOH溶液中的钠发生反应，然后脱去HCl生成环氧基。

在环氧氯丙烷过量情况下，连续重复进行上述开环一闭环反应，最终即可得到端基为环氧基的双酚A型环氧树脂。

因为双酚A型环氧树脂的反应历程繁杂，现在还未有统一确定的反应过程。以上所列反应过程是目前大多数学者认同的主要反应。另外大部分相关领域学者还带有极大肯定地合理猜测环氧树脂缩合反应中存在其他可能的副反应，比如可能有双酚A中的-OH与环氧氯丙烷中的-CH(O)CH-发生反常加成反应以及环氧氯丙烷