关于《水溶性醇酸绝缘树脂》的设计报告

1、浙江广播电视大学（专科）毕业论文论文题目 关于水溶性醇酸绝缘树脂的设计报告 学生姓名 张 民 学 号 1433006450092 指导教师 刘精华 专 业 应用化工技术 年 级 14秋 学 校 嘉兴广播电视大学 浙江广播电视大学教务处制关于水溶性醇酸绝缘树脂的设计报告一、项目基本情况：设计项目题目：关于水溶性醇酸绝缘树脂的设计报告设计参加者： 张民、戴旭阳、程明设计时间： 2016年7月11日产品名称： 水溶性醇酸绝缘树脂二、产品设计方案及成效 随着中国进一步融入世界经济体及工业的快速发展，环境问题成为国际会议重要讨论问题，我国也越来越重视环境污染。对于绝缘行业，溶剂型和无溶剂型绝缘对环境和人

2、体或多或少有影响，为了适应日益激烈的市场竞争，必须大力发展环保型绝缘漆，水性环保绝缘漆是一类新型的低污染、省能源、省资源的绝缘漆。水性绝缘漆由于全部或大部分用水取代了有机溶剂，因而减少了对环境的污染。随着人们环保意识的加强以及有机溶剂费用的高涨，水性绝缘漆在电机行业日益受到人们的重视，得到广泛的推广和应用，具有广泛的市场。为了解决现有绝缘漆带来的环境污染问题，开发出一种环保型的水性绝缘树脂。现就水溶性醇酸绝缘树脂设计情况报告如下： （一）设计方案 要使树脂具有水溶性，最重要的是将树脂制成离子型一般是使传统的醇酸树脂含过量羧基，并用胺或氨水将其中和成盐以获得水溶性、使树脂具有侧链羧基的方法有 ：

3、使醇酸树脂脂肪酸的不饱和双键与含羧基烯类单体 (甲基丙烯酸，丙烯酸) 共聚，但漆膜不透明或浑浊 ；或使2， 2 一二羟甲基丙酸(D M PA ) ( 3 c (CH 2O H )，C ( X )H 中的两个羟甲基可以在酯化中参加反应形成链状结构， 而其羧基却由于位阻效应不参加合成树脂的酯化反应而提供侧链羧基(其原料来源不多) ；或使用偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐，形成有侧链羧基的醇酸树，也可以将强亲水性基团，例如聚乙二醇引入醇酸树脂分子中使树脂能够自行乳化于水中缺点是起亲水作用的聚乙二醇在树脂中的含量无法降低，大量的聚乙二醇起了增塑剂的作用，导致漆膜硬度和耐水性下另外，使用外在乳化剂或配制本身能

4、乳化的树脂也能实现醇酸树脂的水性化考虑到偏苯三酸酐具有三个羟基，活性高，使用它可使酯化温度降低约20 缩短反应时间同时可提高树脂的交联度、干性和硬度，并使树脂颜色变浅。所以本设计利用偏苯三甲酸酐两个羟甲基可以在酯化中参加反应形成链状结构， 而其羧基却由于位阻效应不参加合成树脂的酯化反应而提供侧链羧基(其原料来源不多)使树脂获得水溶性。 1.1水性树脂工艺流程图亚麻油酸三羟甲基丙烷苯酐间苯二甲酸 N,N二甲基乙醇胺 去离子水、固化剂新戊二醇 偏苯三甲酸酐 反应釜投料 缩聚脱水 冷却 中和 混合 过滤包装N,N二甲基乙醇胺去离子水固化剂 工艺废水 1.2水性树脂配方表序号反应物类型反应物名称规格质

5、量分数，%1醇类三羟甲基丙烷工业一等品15302新戊二醇工业级，99%353酸类苯酐工业级，99%1020间苯二甲酸工业级，99%354偏苯三甲酸酐工业级，99%355亚麻油酸工业级1530 1.3主要反应原理 醇酸树脂的主要反应机理就是醇和酸的酯化反应，即多元醇分子中羟基上的氢原子与有机酸分子中的羧基上的氢氧基团生成水与酯。水性化的机理是在醇酸的分子链段中引入亲水基团，例如-COOH，-OH，-NH2，醚键等。然后用碱性的胺中和成盐来达到分散到水中的目的。本设计项目中利用偏苯三甲酸酐具有三个官能团，其中二个酐基参加酯化反应，另一个羧基由于位阻效应不参加树脂的合成酯化反应而提供侧链羧基，形成有

6、侧链羧基的醇酸树脂，然后用N,N二甲基乙醇胺中和成盐，从而使醇酸树脂获得了水性化。 1.4主要设备设施 合成树脂系统：1、反应釜：材质，304不锈钢；规格，100L；加热方式，电加热导热油载体；搅拌方式，锚式；电机功率，0.75Kw；2.5m²列管式冷凝器一套。2、稀释釜：材质，304不锈钢；规格，200L；冷却方式，水循环冷却；电机功率，1.1Kw。3、W4真空泵一台。 1.5工艺过程 水性树脂生产工艺：根据产品配方比例，将三羟甲基丙烷、新戊二醇、苯酐、间苯二甲酸、亚麻油酸计量投入反应釜，开加热开冷凝水，等温度升至160-210时，发生缩聚反应脱水，在210时保温时，出水量达到44

7、g左右，取样，测酸值达到20KOHmg/g以下，缩聚过程完成。降温至180以下，加入偏苯三甲酸酐，在180保温2小时后，出水量达到10g左右，取样，测酸值在4550KOHmg/g时，反应终点到，结束反应，降温冷却到90时，加入中和剂，然后加入去离子水稀释搅拌均匀，再加入固化剂搅拌1小时。 1.6多元醇的选择对漆膜性能的影响 用新戊二醇（A）、三羟甲基丙烷（B）、用新戊二醇和三羟甲基丙烷（C）配制的醇酸树脂，对漆膜性能的影响见下表编号酸值MgKOH/g摆杆硬度附着力级耐冲击cm接触角 °耐水性耐丙酮性水分散性A610.6915090.6通过通过一般B480.4135088.6通过通过好

8、C540.7815092.3通过通过极好 由表中看出，三羟甲基丙烷官能度高，极易发生其他反应，且不好控制，易凝胶。新戊二醇配方的水分散性较差，三羟甲基丙烷配方的水分散性较好，综合考虑，选用新戊二醇和三羟甲基丙烷复合，所得醇酸树脂既不易凝胶，又能具有较好的水分散性。三羟甲基丙烷和新戊二醇共用平均官能度为2.5，解决了易凝胶的问题，而且反应也较好控制。 1.7 二元酸的选择对漆膜性能的影响 选用邻苯二甲酸酐（A）、间苯二甲酸（B）、邻苯二甲酸酐和间苯二甲酸（C）、合成水性醇酸树脂，性能比较见下表。 二元酸对漆膜性能的影响编号吸水率，%摆杆硬度附着力，级耐冲击性，cm接触角。耐水性，d耐丙酮性A4.

9、30.6814590.822通过B4.40.8225093.224通过C4.20.8615092.626通过 由表中可以看出，用间苯二甲酸制备的醇酸树脂的附着力比邻苯二甲酸酐制备的醇酸树脂差 ，但其硬度、耐冲击性、耐水性都有一定的提高。这是因为邻苯二甲酸酐的邻位羧基能生闭环内酯，从而生成一定数量分子量相对较低的树脂所影响。但在合成过程中，邻苯二甲酸酐与第1个醇羟基反应生成酯很容易进行，且该反应为放热反应，只需稍加热即可完成，可以缩短反应时间；第2个羟基与其反应则相对于第1个反应需要稍高的温度，但是很容易控制。而且间苯二甲酸酐难得多，需要较高的温度，且间苯二甲酸的熔点为354，反应时呈固态，固液

10、两相的反应不如间苯二甲酸酐体系容易进行。综合考虑，先用邻苯二甲酸酐和间苯二甲酸酐复合，得到的水性醇酸树脂综合性能优异。 （二）成果评价 近年来，涂料中可挥发的有机化合物对于环境及人体的危害日益引起人们的关注，而水性涂料相对于传统溶剂型涂料能极大地减少VOC的排放，减少雾漫的形成，有效降低了对环境的影响。还有助于降低职业病发生的潜在机率，减少火灾风险和隐患，简化及降低企业通风，水处理等方面的流程及成本等。水性绝缘漆在电机行业日益受到人们的重视，得到广泛的推广和应用，具有广泛的市场前景。本设计项目通过采用偏苯三甲酸酐，利用偏苯三甲酸酐中由于位阻效应不参加酯化反应的羧基使树脂获得水溶性的水性化工艺以

11、及选用低价的常规材料合成的水性树脂性能指标已达到电机行业绝缘漆产品的技术水平。2.1技术指标序号指标名称试验条件单位要 求 1外观试管法，目测均匀液体，无机械杂质2非挥发性含量2h / 110±2%30±53粘度涂4杯 / 25±1 秒30504干燥时间130±5分钟30，不粘5电气强度常态/20±5Kv/mm306漆膜附着力划圈法级17耐溶剂性丙酮法漆膜没有出现皱褶和被擦掉的现象8耐变压器油 105±2 24小时变压器油与漆膜间无影响9柔韧性直径10mm圆柱 弯90度弯曲20次漆膜没有开裂和脱落 2.2经济价值该设计项目完成后，可转

12、化为水性绝缘漆电机定子沉浸用产品，预计市场销售价格为2万元/吨，年销售50吨，实现总产值100万元，成本价格为1.5万元，可获得利润25万元。 （三）结论 水溶性绝缘树脂的核心技术是在不溶于水的树脂上接枝功能性基团，配制成的清漆具有高绝缘、附着力好，粘接能力突出，干燥和固化速度快，耐水性和耐溶剂性能好，还具有优异的抗回潮能力。用三羟甲基丙烷、甘油、苯酐、亚麻油酸作为主要合成材料，用偏苯三甲酸酐水性化，制成的水性绝缘漆用于电机定子的绝缘处理，是一种绿色环保产品，使用方便、安全、无污染，满足国家相关空气清洁标准。目前，随着国民经济的快速发展，对环境的保护已引起极大的重视，各电机厂受到的环保压力越来越大，水溶性绝缘漆必将取代油性漆成为电机厂绝缘处理的主流产品。 该产品用水作分散剂，真正达到零VOC排放，无害，无毒，安全，不燃不爆，是一种新型环境友好型产品。但水性漆用水做稀释剂，由于水的蒸发热高，比常规溶剂比如甲苯、苯乙烯等挥发速度慢得多，所以干燥时间相比油性漆要漫长，在以后的设计中加强干燥速度的研究提高或改善电机厂的工效。 张 民 2016年8月28日浙江广播电视大学毕业论文（设计）评审表 题 目 关于水溶性醇酸绝缘树脂的设计报告 姓 名 张 民 教育层次 助力计划专科 学 号 14330064