1、浙江廣播電視大學（專科）畢業論文論文題目 關于水溶性醇酸絕緣樹脂的設計報告 學生姓名 張 民 學 號 1433006450092 指導教師 劉精華 專 業 應用化工技術 年 級 14秋 學 校 嘉興廣播電視大學 浙江廣播電視大學教務處制關于水溶性醇酸絕緣樹脂的設計報告一、項目基本情況：設計項目題目：關于水溶性醇酸絕緣樹脂的設計報告設計參加者： 張民、戴旭陽、程明設計時間： 2016年7月11日產品名稱： 水溶性醇酸絕緣樹脂二、產品設計方案及成效 隨著中國進一步融入世界經濟體及工業的快速發展，環境問題成為國際會議重要討論問題，我國也越來越重視環境污染。對于絕緣行業，溶劑型和無溶劑型絕緣對環境和人

2、體或多或少有影響，為了適應日益激烈的市場競爭，必須大力發展環保型絕緣漆，水性環保絕緣漆是一類新型的低污染、省能源、省資源的絕緣漆。水性絕緣漆由于全部或大部分用水取代了有機溶劑，因而減少了對環境的污染。隨著人們環保意識的加強以及有機溶劑費用的高漲，水性絕緣漆在電機行業日益受到人們的重視，得到廣泛的推廣和應用，具有廣泛的市場。為了解決現有絕緣漆帶來的環境污染問題，開發出一種環保型的水性絕緣樹脂。現就水溶性醇酸絕緣樹脂設計情況報告如下： （一）設計方案 要使樹脂具有水溶性，最重要的是將樹脂制成離子型一般是使傳統的醇酸樹脂含過量羧基，并用胺或氨水將其中和成鹽以獲得水溶性、使樹脂具有側鏈羧基的方法有 ：

3、使醇酸樹脂脂肪酸的不飽和雙鍵與含羧基烯類單體 (甲基丙烯酸，丙烯酸) 共聚，但漆膜不透明或渾濁 ；或使2， 2 一二羥甲基丙酸(D M PA ) ( 3 c (CH 2O H )，C ( X )H 中的兩個羥甲基可以在酯化中參加反應形成鏈狀結構， 而其羧基卻由于位阻效應不參加合成樹脂的酯化反應而提供側鏈羧基(其原料來源不多) ；或使用偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐，形成有側鏈羧基的醇酸樹，也可以將強親水性基團，例如聚乙二醇引入醇酸樹脂分子中使樹脂能夠自行乳化于水中缺點是起親水作用的聚乙二醇在樹脂中的含量無法降低，大量的聚乙二醇起了增塑劑的作用，導致漆膜硬度和耐水性下另外，使用外在乳化劑或配制本身能

4、乳化的樹脂也能實現醇酸樹脂的水性化考慮到偏苯三酸酐具有三個羥基，活性高，使用它可使酯化溫度降低約20 縮短反應時間同時可提高樹脂的交聯度、干性和硬度，并使樹脂顏色變淺。所以本設計利用偏苯三甲酸酐兩個羥甲基可以在酯化中參加反應形成鏈狀結構， 而其羧基卻由于位阻效應不參加合成樹脂的酯化反應而提供側鏈羧基(其原料來源不多)使樹脂獲得水溶性。 1.1水性樹脂工藝流程圖亞麻油酸三羥甲基丙烷苯酐間苯二甲酸 N,N二甲基乙醇胺 去離子水、固化劑新戊二醇 偏苯三甲酸酐 反應釜投料 縮聚脫水 冷卻 中和 混合 過濾包裝N,N二甲基乙醇胺去離子水固化劑 工藝廢水 1.2水性樹脂配方表序號反應物類型反應物名稱規格質

5、量分數，%1醇類三羥甲基丙烷工業一等品15302新戊二醇工業級，99%353酸類苯酐工業級，99%1020間苯二甲酸工業級，99%354偏苯三甲酸酐工業級，99%355亞麻油酸工業級1530 1.3主要反應原理 醇酸樹脂的主要反應機理就是醇和酸的酯化反應，即多元醇分子中羥基上的氫原子與有機酸分子中的羧基上的氫氧基團生成水與酯。水性化的機理是在醇酸的分子鏈段中引入親水基團，例如-COOH，-OH，-NH2，醚鍵等。然后用堿性的胺中和成鹽來達到分散到水中的目的。本設計項目中利用偏苯三甲酸酐具有三個官能團，其中二個酐基參加酯化反應，另一個羧基由于位阻效應不參加樹脂的合成酯化反應而提供側鏈羧基，形成有

6、側鏈羧基的醇酸樹脂，然后用N,N二甲基乙醇胺中和成鹽，從而使醇酸樹脂獲得了水性化。 1.4主要設備設施 合成樹脂系統：1、反應釜：材質，304不銹鋼；規格，100L；加熱方式，電加熱導熱油載體；攪拌方式，錨式；電機功率，0.75Kw；2.5m²列管式冷凝器一套。2、稀釋釜：材質，304不銹鋼；規格，200L；冷卻方式，水循環冷卻；電機功率，1.1Kw。3、W4真空泵一臺。 1.5工藝過程 水性樹脂生產工藝：根據產品配方比例，將三羥甲基丙烷、新戊二醇、苯酐、間苯二甲酸、亞麻油酸計量投入反應釜，開加熱開冷凝水，等溫度升至160-210時，發生縮聚反應脫水，在210時保溫時，出水量達到44

7、g左右，取樣，測酸值達到20KOHmg/g以下，縮聚過程完成。降溫至180以下，加入偏苯三甲酸酐，在180保溫2小時后，出水量達到10g左右，取樣，測酸值在4550KOHmg/g時，反應終點到，結束反應，降溫冷卻到90時，加入中和劑，然后加入去離子水稀釋攪拌均勻，再加入固化劑攪拌1小時。 1.6多元醇的選擇對漆膜性能的影響 用新戊二醇（A）、三羥甲基丙烷（B）、用新戊二醇和三羥甲基丙烷（C）配制的醇酸樹脂，對漆膜性能的影響見下表編號酸值MgKOH/g擺桿硬度附著力級耐沖擊cm接觸角 °耐水性耐丙酮性水分散性A610.6915090.6通過通過一般B480.4135088.6通過通過好

8、C540.7815092.3通過通過極好 由表中看出，三羥甲基丙烷官能度高，極易發生其他反應，且不好控制，易凝膠。新戊二醇配方的水分散性較差，三羥甲基丙烷配方的水分散性較好，綜合考慮，選用新戊二醇和三羥甲基丙烷復合，所得醇酸樹脂既不易凝膠，又能具有較好的水分散性。三羥甲基丙烷和新戊二醇共用平均官能度為2.5，解決了易凝膠的問題，而且反應也較好控制。 1.7 二元酸的選擇對漆膜性能的影響 選用鄰苯二甲酸酐（A）、間苯二甲酸（B）、鄰苯二甲酸酐和間苯二甲酸（C）、合成水性醇酸樹脂，性能比較見下表。 二元酸對漆膜性能的影響編號吸水率，%擺桿硬度附著力，級耐沖擊性，cm接觸角。耐水性，d耐丙酮性A4.

9、30.6814590.822通過B4.40.8225093.224通過C4.20.8615092.626通過 由表中可以看出，用間苯二甲酸制備的醇酸樹脂的附著力比鄰苯二甲酸酐制備的醇酸樹脂差 ，但其硬度、耐沖擊性、耐水性都有一定的提高。這是因為鄰苯二甲酸酐的鄰位羧基能生閉環內酯，從而生成一定數量分子量相對較低的樹脂所影響。但在合成過程中，鄰苯二甲酸酐與第1個醇羥基反應生成酯很容易進行，且該反應為放熱反應，只需稍加熱即可完成，可以縮短反應時間；第2個羥基與其反應則相對于第1個反應需要稍高的溫度，但是很容易控制。而且間苯二甲酸酐難得多，需要較高的溫度，且間苯二甲酸的熔點為354，反應時呈固態，固液

10、兩相的反應不如間苯二甲酸酐體系容易進行。綜合考慮，先用鄰苯二甲酸酐和間苯二甲酸酐復合，得到的水性醇酸樹脂綜合性能優異。 （二）成果評價 近年來，涂料中可揮發的有機化合物對于環境及人體的危害日益引起人們的關注，而水性涂料相對于傳統溶劑型涂料能極大地減少VOC的排放，減少霧漫的形成，有效降低了對環境的影響。還有助于降低職業病發生的潛在機率，減少火災風險和隱患，簡化及降低企業通風，水處理等方面的流程及成本等。水性絕緣漆在電機行業日益受到人們的重視，得到廣泛的推廣和應用，具有廣泛的市場前景。本設計項目通過采用偏苯三甲酸酐，利用偏苯三甲酸酐中由于位阻效應不參加酯化反應的羧基使樹脂獲得水溶性的水性化工藝以

11、及選用低價的常規材料合成的水性樹脂性能指標已達到電機行業絕緣漆產品的技術水平。2.1技術指標序號指標名稱試驗條件單位要 求 1外觀試管法，目測均勻液體，無機械雜質2非揮發性含量2h / 110±2%30±53粘度涂4杯 / 25±1 秒30504干燥時間130±5分鐘30，不粘5電氣強度常態/20±5Kv/mm306漆膜附著力劃圈法級17耐溶劑性丙酮法漆膜沒有出現皺褶和被擦掉的現象8耐變壓器油 105±2 24小時變壓器油與漆膜間無影響9柔韌性直徑10mm圓柱 彎90度彎曲20次漆膜沒有開裂和脫落 2.2經濟價值該設計項目完成后，可轉

12、化為水性絕緣漆電機定子沉浸用產品，預計市場銷售價格為2萬元/噸，年銷售50噸，實現總產值100萬元，成本價格為1.5萬元，可獲得利潤25萬元。 （三）結論 水溶性絕緣樹脂的核心技術是在不溶于水的樹脂上接枝功能性基團，配制成的清漆具有高絕緣、附著力好，粘接能力突出，干燥和固化速度快，耐水性和耐溶劑性能好，還具有優異的抗回潮能力。用三羥甲基丙烷、甘油、苯酐、亞麻油酸作為主要合成材料，用偏苯三甲酸酐水性化，制成的水性絕緣漆用于電機定子的絕緣處理，是一種綠色環保產品，使用方便、安全、無污染，滿足國家相關空氣清潔標準。目前，隨著國民經濟的快速發展，對環境的保護已引起極大的重視，各電機廠受到的環保壓力越來越大，水溶性絕緣漆必將取代油性漆成為電機廠絕緣處理的主流產品。 該產品用水作分散劑，真正達到零VOC排放，無害，無毒，安全，不燃不爆，是一種新型環境友好型產品。但水性漆用水做稀釋劑，由于水的蒸發熱高，比常規溶劑比如甲苯、苯乙烯等揮發速度慢得多，所以干燥時間相比油性漆要漫長，在以后的設計中加強干燥速度的研究提高或改善電機廠的工效。 張 民 2016年8月28日浙江廣播電視大學畢業論文（設計）評審表 題 目 關于水溶性醇酸絕緣樹脂的設計報告 姓 名 張 民 教育層次 助力計劃專科 學 號 14330064