畢業(yè)設(shè)計(jì)論文—乙烯基酯的合成及其性能分析(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 型的例子是汽車前格柵板（ 板），用鋼制造需要有 17 個(gè)零件組成，而用 SMC，僅用一個(gè)零件就可全部包括原鋼制 板的所有功能 ，同時(shí)節(jié)省了焊接、組裝等工序與設(shè)備 [14]。 用 SMC 生產(chǎn)汽車零件，其整個(gè)生產(chǎn)過程都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，包括從 SMC剪裁、加料、成型、脫模、修整直到最終噴涂過程等。這種特征，可使其適應(yīng)汽車工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的要求。 （ 2） SMC 在建筑及住宅方面的應(yīng)用，主要是因?yàn)?SMC 材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，有良好的比強(qiáng)度和比剛性。某些品種具有耐候性，而且耐腐蝕性能非常優(yōu)良，因而在建筑 /住宅上獲得了廣泛應(yīng)用。 （ 3） SMC 在電器領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要是因?yàn)?SMC 材料具有良好的電絕緣性能、阻燃性、耐熱性、耐腐蝕性、耐潮性和良好的機(jī)械 物理性能。從零件的設(shè)計(jì)性來說， SMC 有良好的設(shè)計(jì)適應(yīng)性，特別有利于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電氣零件的生產(chǎn)。因而， SMC 電氣零件在世界各國都獲得了廣泛的應(yīng)用。尤其在歐洲，據(jù)報(bào)道，它在電氣領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)超過了在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。 總而言之， SMC 之所以獲得日益廣泛的應(yīng)用，主要是來自 SMC 材料的設(shè)計(jì)自由度高、生產(chǎn)工藝性好和具有綜合的特殊性能，使它能適應(yīng)各種不同使用環(huán)境的要求 [15]。 SMC 的研究方向 縱觀國外 SMC 的研究工作，目前主要仍致力于以下幾個(gè)方面：高性能 SMC的配方研究，例如高強(qiáng) SMC、乙烯基酯 SMC 等 ；低溫、低壓、低成本、低密度SMC 的研究； SMC 的快速成型工藝；阻燃性 SMC 的研究；模內(nèi)涂飾技術(shù)；酚醛 SMC 成型技術(shù)； SMC 的回收利用 [16]。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 國內(nèi)的研究工作同世界先進(jìn)國家相比還有一定的距離。聚酯 SMC（ UP— SMC）經(jīng)過三十多年的發(fā)展，其基體樹脂、固化劑、專用成型設(shè)備、增強(qiáng)材料及輔助材料等方面的開發(fā)研究工作取得了巨大的成就， UP— SMC 的工業(yè)技術(shù)已趨于成熟，聚酯系統(tǒng)的增稠及其機(jī)理也有較為完整的理論。期間，隨著SMC 制品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大， SMC 用熱固性樹脂的品種也在日益增多。目前我國的 SMC 研究致力于 除了上述國外的七個(gè)方面外，還有以下幾個(gè)方面： 樹脂系統(tǒng)的快速增稠系統(tǒng)；片狀模塑料制品的快速成型；片狀模塑料專用成型設(shè)備的設(shè)計(jì)；片狀模塑料成型過程自動(dòng)化研究；片狀模塑料制品的表面涂抹技術(shù)及 A 級(jí)表面 SMC 制品的生產(chǎn) [17]。 乙烯基酯的制備方法 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂，結(jié)構(gòu)見圖 2 一 1，雖然分子中可以參與反應(yīng)的鍵很多 ， 圖 1－ 3 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)圖 但反應(yīng)活性最高的首先是環(huán) 氧鍵，其次是醚鍵鄰近碳上的。一 H 原子。環(huán)氧鍵在不同條件下開環(huán)，可以與梭基進(jìn)行醋化反應(yīng)，與胺基，輕基進(jìn)行反應(yīng)。而 a 一H 原子則可以在自由基引發(fā)劑的引發(fā)下形成自由基，與含有雙鍵的物質(zhì)進(jìn)行共聚反應(yīng)。從原則上說，將環(huán)氧和丙烯酸樹脂進(jìn)行復(fù)合時(shí)，就是利用這兩種反應(yīng)位置。可以根據(jù)這一原則，將制備方法分為兩個(gè)大類 :一類是利用醚鍵鄰近碳上的 a 一 H原子和丙烯酸的雙鍵通過自由基接枝聚合的方法制備環(huán)氧一丙烯酸樹脂的接枝物，我們稱之為自由基聚合法 :另一類是通過丙烯酸樹脂中的梭基和環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基酯化制備復(fù)合物，我們稱之為酯化法。這樣 ，自由基聚合法是環(huán)氧樹脂和丙烯酸 (或其酯類 )單體之間的共聚接枝反應(yīng)，反應(yīng)之后大分子內(nèi)含有環(huán)氧基團(tuán)留待以后交聯(lián)固化。而酯化法則可以是環(huán)氧樹脂和丙烯酸樹脂兩種聚合物之間的化學(xué)反應(yīng)，由于丙烯酸樹脂大分子內(nèi)雙鍵己經(jīng)通過聚合而消失，所以酯化之后大分子內(nèi)部不含有雙鍵，只含有未反應(yīng)完的丙烯酸樹脂中的梭基。當(dāng)然，酉旨化法也可以在環(huán)氧樹脂和丙烯酸單體之間進(jìn)行，反應(yīng)之后丙烯酸分子中的雙鍵仍保留下來，作為大分子單體進(jìn)一步乳液聚合。不管哪一類方法，要使聚合物最終能穩(wěn)定的分散在水中，必須在丙烯酸醋類聚合物鏈上引入足夠多的極性基團(tuán) (如 甲基丙烯酸 )，經(jīng)堿中和后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水的離子基團(tuán)，把聚合物的憎水部分包裹在里面，形成穩(wěn)定分散的復(fù)合乳液 [18]。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 自由基聚合 環(huán)氧樹脂雖然無不飽和雙鍵，但含有醚鍵，其鄰位碳上的 OH 源于和叔碳原子上的 H 原子相對(duì)而言較活潑，在引發(fā)劑自由基作用下可能形成自由基，從而引發(fā)接枝反應(yīng)。下面以其中的 1 個(gè) OH 為例，見圖 14，說明可能的反應(yīng)機(jī)理 : 圖 1－ 4 反應(yīng)機(jī)理 上述反應(yīng)因聚合方式的不同，又可分為兩種，①水相中的乳液聚合法，②在溶劑中反應(yīng)的溶液聚合法 [19]。 本課題研究方向及創(chuàng)新點(diǎn) 本課題主要研究了乙烯基酯的合成，用丙烯酸和固體環(huán)氧合成。通過在多次實(shí)驗(yàn)中掌握合成乙烯基酯的最佳溫度，反應(yīng)的時(shí)間，以及原料的最佳配比。并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)使用較好的催化劑為對(duì)苯二酚，阻聚劑為十六烷基三甲基溴化銨。合成乙烯基酯的最終目的是做 SMC 的增稠。 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 2. 1實(shí)驗(yàn)藥品 實(shí)驗(yàn)所用到的化學(xué)藥品如下表： 表 2－ 1 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)藥品 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 藥品名稱 來源地 狀態(tài) 介紹 E51 天津 固態(tài) 熔點(diǎn) 83℃，相對(duì)較高 丙稀酸 上海 液態(tài) 分子量： 十六 烷基三甲基溴化銨 上海 粉末 是較好的催化劑 乙醇胺 上海 液態(tài) 易揮發(fā) 三乙醇胺 上海 液態(tài) 易揮發(fā) 對(duì)叔丁基苯二酚 上海 粉末 無色無味 2， 6— 二叔丁基對(duì)甲酚 天津 粉末 易潮，應(yīng)妥善保存 對(duì)甲氧基苯酚 天津 粉末 易潮，應(yīng)妥善保存 環(huán)氧樹脂 天津 液態(tài) 粘度較大 丙酮 上海 液態(tài) 用來清洗或做溶劑 苯 天津 液態(tài) 用來做溶劑 甲苯 上海 液態(tài) 用來做溶劑 酚酞 上海 液態(tài) 用來做指示劑 KOH 溶液 上海 液態(tài) 用來配滴定溶液 實(shí)驗(yàn)儀器及裝置 燒杯；試管；冷凝管；電熱 套；四口燒瓶；溫度計(jì)；鐵架臺(tái)；天平；烘箱；真空抽慮機(jī)；攪拌器；熔點(diǎn)儀 實(shí)驗(yàn)裝置如下： 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 2－ 1 實(shí)驗(yàn)裝置圖 2. 3實(shí)驗(yàn)的配方 固體環(huán)氧： . E51 125g；丙烯酸 9g；十六烷基三甲基溴化銨 ；對(duì)笨二酚 ；甲苯 2g 2. 4. 1 乙烯基酯的合成 用固體環(huán)氧 E51 和丙烯酸在一定溫度下混合，在催化劑和阻聚劑的存在下反應(yīng)，生成環(huán)氧丙烯酸酯，引入不飽和基團(tuán)，使之具有感光性。同時(shí)環(huán)氧基開環(huán)，生成一個(gè)羥基，利用羥基和順 醉開環(huán)反應(yīng)，引入親水基團(tuán) (COON ).用堿中和成鹽后，樹脂具有水溶性，可以分散于水中。其合成路線如下 : 圖 2－ 2 合成路線 合成方法：裝有攪拌器、冷凝管、恒壓漏斗、溫度計(jì)和通氮管的四口燒瓶中，加入一定量的 固體環(huán)氧 和阻聚劑，慢慢加熱到 90℃ ，在攪拌下開始滴加一定量的丙烯酸和催化劑的混合液，同時(shí)加入甲苯做溶劑，直到 － ，慢湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 慢升溫到 100℃ ，每隔 1h 取樣測(cè)定酸值一次，直到酸值小于 5mgKOH/h 時(shí)，停止反應(yīng)，降溫。 分析 測(cè)試方法 環(huán)氧值測(cè)定 原理： 分析方法 :稱取 樹脂，置于 1 00ml 的錐形瓶中，加入 鹽丙酮溶液 (濃鹽酸 1 ml,溶于 20 ml 丙酮中，現(xiàn)用現(xiàn)配 )，塞緊瓶塞，搖勻，使試完全溶解。在陰涼處放置 1 小時(shí)，滴加 23 滴甲基紅指示劑，然后用 mol/L 的 NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液顏色由紅變黃時(shí)即為終點(diǎn)。同時(shí)做空白試驗(yàn)。計(jì)算方法如下 : 式中 : E— 環(huán)氧值 (mol/l00g )。 Vo — 空白所消耗的 NaOH 溶液體積 (mD。 Vi— 樣品所消耗的 NaOH 溶 液體積 (ml)。 W— 樣品的重量 (g)。 N 一一‘ NaOH 溶液的濃度 (mol/L)。 酸值的測(cè)定 稱取樣品 ，用 20m1 丙酮溶解，加入 23 滴酚酞指示劑用KOH 乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定