新型耐酸耐碱胶黏剂的研究与制备

苗同智

(哈尔滨华尔化工有限公司开发处,黑龙江哈尔滨150038)

    摘要：设计了一种新型呋喃树脂。经过试验确定了新型树脂的合成工艺。并用该树脂与固化剂,惰性添料配制成胶黏剂,测试其常温、热处理及腐蚀后的胶的力学性能、腐蚀率及胶化时间。测试结果表明:该树脂胶具有良好的耐酸耐碱性能。通过性能比较,可以得出如下结论:自制的呋喃树脂胶已接近或超过了国内外呋喃系列树脂胶的性能。可以代替这些胶用于化工防腐施工上。试验证明采用新的配料操作步骤,避免了爆聚现象的发生,改善了施工性能。

    关键词:呋喃树脂;树脂胶;防腐蚀

    中图分类号:TQ433.43文献标识码:B文章编号:1001-0017(2008)03-0068-03

    前言

    随着化学工业的迅速发展和化学生产过程的强化,对化工设备用材提出了更高的要求。研制性能优良的非金属材料,已成为化工防腐工作者的重要课题。

    化工生产过程中,化学反应不外乎是在酸、碱和有机溶剂或其交替介质中进行的。对那些在交替介质中进行的反应,就要求化工设备既耐酸、又要耐碱和耐有机溶剂。对于这样一个苛刻的条件,某些金属材料已远远不能满足要求,用贵金属及其合金造价太高,从经济的角度出发,对钢铁设备实行必要的防腐保护—砖板衬里技术则是一种行之有效的方法[2,3]对酸、碱交替设备,采用砖板衬里,就需要一种既耐酸又耐碱的胶黏剂[4~6]。国内外资料表明,苯酚醛系树脂胶耐酸性突出,由于结构中含有大量的酚烃基,易与碱作用,耐碱性差,固化后的胶耐热性也不够理想(工程使用温度120℃以下)。呋喃树脂胶具有突出的耐腐蚀性能,对热稳定(工程使用温度180℃以下)抗热冲击,其主要原料来自农副产品,棉子壳、稻壳、玉米芯和杆的水解物,资料丰富,生产工艺简单。由于呋喃树脂胶黏剂具有优良的性能,原料易得,价格便宜,所以引起了国内外防腐工作者的普遍重视。20世纪40年代后,开始在工程上正式使用,目前国内外在化工防腐上已大量采用呋喃树脂,并已商品化,如西德Hoechs公司的VP701,日本富士公司的F1003、F1005,前苏联的ΦYαMOH,41-ΦΦΦ等。)

    目前国内呋喃树脂的工业品主要以糖醇、糠醛为原料缩合而成的,这些树脂在主链中含有大量的呋喃环,交联后的主链结构主要是以碳一碳单链联结呋喃环而成的密度很大的体型结构,使其具有耐热高、机械强度高和化学稳定性好等优点,但也存在缺陷,如抗冲击性差、粘接强度低和固化性能差等,这些缺点也限制了呋喃树脂在工业防腐上的应用。

    1试验部分

    1.1原料及设备

    糠醇,工业品(纯度98%),红棕色液体,乙醛,工业品(纯度99%),无色液体,糠醛,工业品(纯度98%)棕红色液体。材料试验机,D90-2型电动搅拌机和真空泵。

    1.2树脂的合成

    针对现有呋喃树脂抗冲击性差,粘接强度低等不足,从高分子结构设计入手,以长链活性物质(如多元醉、多元醛等)代替原合成用的甲醛,增加呋喃环之间C-C单链的长度,从而实现机械性能的综合改善。

    本实验采用乙醛在适当的催化剂下可与糠醛反应,确定了如下合成工艺:

    该种树脂首先由糠醛、乙醛缩合成初聚物,然后与糖醇在催化剂下缩聚,经中和、水洗和减压脱水而制得的。

    1)初聚物的合成:在装有搅拌器和加热装置的三口瓶中,加入糖醛196g和适量乙醛,然后慢慢加入催化剂Ⅰ,遇有温度升高,加冷水冷却,严格控制温度不超过30℃,加完后,升温至60~70℃,保温,然后提高温度,在90±2℃,保温1h~2h,降温至30℃,用催化剂Ⅱ调pH至2~3备用。

    2)树脂的合成:向制得的初聚物中加入糠醇100g,在中温下保温0.5h~1h,然后升温至高温,保温1h,降温至40℃,加200mL蒸馏水,中和pH=7,搅拌5min,静止分层,除去上层含盐水,真空脱水,至无水流出为止。

    合成树脂的物理性能如表1(黏度用涂-4#杯在t=20℃下测定,密度在20℃下测定)所示。

    1.3胶的制备

    原有的配料过程是:按计量称取树脂,固化剂和石墨粉,在冷却下,慢慢向树脂中加入固化剂,向体系中加入石墨粉。

    该操作步骤,对于控制反应速度和换热很不合理,需要严格控制固化剂的滴加速度,对施工很不方便,针对这一弱点,设计了一种新的操作步骤:按计时称取树脂、固化剂和石墨粉;将石墨粉加入树脂中,搅拌均匀,在冷却后,向体系中慢慢加入固化剂。采用这一新的施工操作步骤,有利于避免产生爆聚现象。其原因为:在树脂中先加入石墨粉,有利于导热。有利地避免了反应热聚集。在实际配料中,采用该步骤,确实未发生过爆聚现象,改变了原来呋喃树脂固化性能差的缺点。

    采用上述的聚合途经和施工操作步骤,制备了呋喃树脂胶黏剂,并对胶的抗拉、抗压及腐蚀后的性能进行了测试,其结果表明:该胶各种性能都不同程度的有所改善。

    2性能测试与比较

    2.1性能测试

    用上面调制的好的胶制成抗拉和抗压件,对其拉伸和压缩剪切强度及腐蚀率进行了测试,其结果如表2(热处理后指常温7d后,热处理温度分别为40℃、60℃、80℃,相应时间分别为4h、8h、12h,经自然冷却后测得的,表中的值数次测量后的平均值)所示:

    2.2胶化时间的测定

    取约1g树脂放在加热板上,并用玻璃棒不断搅拌,观察加热过程中硬化情况,当树脂变为不溶状态时所需要的时间,即为胶化时间,加热板的温度为150℃,取3次试验的平均值,其胶化时间为55min。

    2.3性能比较

    为自制胶与西德VP701和苏联ΦYαMOH及国产YJ呋喃树脂胶性能比较。

    试验证明采用新的配料操作步骤,避免了爆聚现象的发生,改善了施工性能。

    参考文献:

    [1]谢国泉,周志强.大型硫酸吸收塔耐蚀衬里防护施工作用[J].腐蚀与防护,1999,20(6):287~288.

    [2]王海宁,任如山.麻石烟气脱硫装置耐酸胶的研究[J],南方冶金学院学报,2003,24(4):62~64.

    [3]李兴.耐酸胶用新型材料[J].重庆工业高等专科学报,2002,17(B11):爱游戏官方网站 ~113.

    [4]孙内健.耐酸胶在电力建设中的应用[J].四川电力技术,1997,20(5):49~50.

    [5]刘娟,石小川.单组分硅酸盐耐酸胶的制备[J].内蒙古石油化工1996,22(2):49~51.

    [6]陈安仁,田小妹.粉煤灰在耐酸胶中的应用研究[J].上海化工,1999,24(22):26~27.