化工生產(chǎn)過程中,化學反應(yīng)不外乎是在酸、堿和有機溶劑或其交替介質(zhì)中進行的。對那些在交替介質(zhì)中進行的反應(yīng),就要求化工設(shè)備即耐酸、又要耐堿和耐有機溶劑。對于這樣一個苛刻的條件,某些金屬材料已遠遠不能滿足要求,用貴金屬及其合金造價太高,從經(jīng)濟的角度出發(fā),對鋼鐵設(shè)備實行必要的防腐保護—磚板襯里技術(shù),則是一種行之有效的方法 。

對酸、堿交替設(shè)備,采用磚板襯里,就需要粘合劑。即需要一種即耐酸、又耐堿的膠泥 。國內(nèi)外資料表明,酚醛系樹脂膠泥耐酸性突出,由于結(jié)構(gòu)中含有大量的酚烴基,易與堿作用,耐堿性差,固化后的膠泥耐熱性也不夠理想(工程使用溫度120 ℃ 以下) 。呋喃樹脂膠泥具有突出的耐腐蝕性能,對熱穩(wěn)定(工程使用溫度180 ℃以下) ,抗熱沖擊,其主要原料來自農(nóng)副產(chǎn)品,棉子殼、稻殼、玉米芯和桿的水解物,資源豐富,生產(chǎn)工藝簡單。由于呋喃樹脂膠泥具有優(yōu)良的性能,原料易得,價格便宜,所以引起了國內(nèi)外防腐工作者的普遍重視。20 世紀40 年代后,開始在工程上正式使用。目前國內(nèi)外在化工防腐上已大量采用呋喃樹脂, 并已商品化, 如西德 Hoechs 公司的VP701 ,日本富士公司的F1003 ,F1005 和. . μ a á2302 ,VF2303 ,前蘇聯(lián)的фYαMOH ,412ф фф等。

目前國內(nèi)呋喃樹脂的工業(yè)品主要是以糠醇、糠醛為原料縮合而成的,這些樹脂在主鏈中含有大量的呋喃環(huán),交聯(lián)后的主鏈結(jié)構(gòu)主要是以碳-碳單鏈聯(lián)結(jié)呋喃環(huán)而成的密度很大的體型結(jié)構(gòu)。使其具有耐熱高、機械強度高和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點,也存在缺陷,如抗沖擊性差、粘接強度低和固化性能差等,這些缺點也限制了呋喃樹脂在工業(yè)防腐上的應(yīng)用。

1 　原理

本文針對上述不足,從設(shè)計高分子結(jié)構(gòu)入手,以長鏈活性物質(zhì)(如多元醇、多元醛等) 代替原合成用的甲醛,改變其原有呋喃樹脂微觀結(jié)構(gòu),增加呋喃環(huán)之間C —C 單鏈的長度,從而實現(xiàn)宏觀機械性能的綜合改善。

乙醛具有很共軛結(jié)構(gòu),可使α-H 原子離解為質(zhì)子。乙醛中的醛基和α-H 在適當?shù)拇呋瘎┫驴膳c糠醛反應(yīng),本文確定了如下合成工藝:

針對固化性能差,易發(fā)生爆聚,從研究呋喃樹脂固化機理和配膠操作步驟入手,找到了產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象的原因。呋喃樹脂在固化劑的作用下,在α、β位發(fā)生進一步的親核取代,同時放出大量的熱。反應(yīng)熱不能及時被帶走,產(chǎn)生熱量聚集,反應(yīng)體系溫度上升,反應(yīng)速度急劇增加,于是就導致產(chǎn)生爆聚。

原有的配料過程是:按計量稱取樹脂、固化劑和石墨粉;在冷卻下,慢慢向樹脂中加入固化劑;向體系中加入石墨粉。

該操作步驟,對于控制反應(yīng)速度和換熱很不合理,需要嚴格控制固化劑的滴加速度,對施工很不方便。針對這一弱點,設(shè)計了一種新的操作步驟:按計量稱取樹脂、固化劑和石墨粉; 向石墨粉加入樹脂中,攪拌均勻;在冷卻下,向體系中慢慢加入固化劑。采用這一新的施工操作步驟,有利于避免產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象。其原因為:在樹脂中先加入了石墨粉,使得發(fā)生反應(yīng)的分子碰撞機率減少,降低了反應(yīng)速度; 混入石墨粉后,增加了體系的體積和表面。增加傳熱表面,有利于傳熱。故采用該操作步驟,有利了避免反應(yīng)熱聚集。

在實際配料中,采用該步驟,確實未發(fā)生過爆聚現(xiàn)象,改變了原來呋喃樹脂固化性能差的缺點。采用上述的聚合途徑和施工操作步驟,制備了呋喃樹脂膠泥,并對膠泥的抗拉、抗壓及腐蝕后的性能進行了測試,其結(jié)果表明:該膠泥不論是物理、化學性能,還是施工性能,都不同程度的有所改善。

2 　試驗部分

2.1 　原料及設(shè)備

糠醇,工業(yè)品(純度98 %) ,紅棕色液體; 乙醛, 工業(yè)品(純度9919 %) ,無色液體;糠醛,工業(yè)品(純度98 %) ,棕紅色液體。材料試驗機、D9022 型電動攪拌機和真空泵。

2.2 　樹脂的合成

該種樹脂是由糠醛、乙醛初聚物與糠醇在催化劑下縮聚,經(jīng)中和、水洗和減壓脫水而制得的。

1) 初聚物的合成:在裝有攪拌器和加熱裝置的三口瓶中,加入糠醛196 g 和適量乙醛,然后慢慢加入催化劑Ⅰ,遇有溫度升高,加冷水冷卻。嚴格控制溫度不很過30 ℃,加完后,升溫至60 ℃～70 ℃,保溫,然后提高溫度,在90 ℃±2 ℃,保溫1 h～2 h ,降溫至30 ℃,用催化劑Ⅱ調(diào)pH 至2～3 備用。

2) 樹脂的合成:向制得的初聚物中,加入糠醇 100 g ,在中溫下保溫0.15 h～1 h ,然后升溫至高溫, 保溫1 h ,降溫至40 ℃,加200 mL 蒸餾水,中和pH = 7 ,攪拌5 min ,靜止分層,除去上層含鹽份水,真空脫水,至無水流出為止。合成樹脂的物理性能如表1 (粘度是用涂—4# 杯在t = 20 ℃下測定的,比重是在20 ℃下測定的) 所示?！　?br />

3) 膠泥的制備:將稱量好的樹脂放入攪拌盒中, 加入石墨粉,攪拌均勻。在冷卻下,加入固化劑,充分攪拌,即可。

3 　性能測試與比較

3.1　性能測試

用上面調(diào)制好的膠泥制成抗拉和抗壓件,對其抗拉和抗壓強度及腐蝕率進行了測試,其結(jié)果如表 2(熱處理后指常溫7 天后, 熱處理溫度分別為 40 ℃、60 ℃和80 ℃,相應(yīng)時間分別為4.0 h、8.0 h 和12.0 h ,經(jīng)自然冷卻后測得的;表中的值數(shù)次測量后的平均值) 所示。

3.2 　膠化時間的測定

取約1 g 樹脂,放在加熱板上,并用玻璃棒不斷攪拌,觀察加熱過程中硬化情況,當樹脂變?yōu)椴蝗軤顟B(tài)時,所需要的時間,即為焦化時間,加熱板的溫度為150 ℃。取3 次試驗的平均值,其膠化時間為55 min。

3.3 　性能比較

表3 為自制膠泥與西德VP701 和蘇聯(lián)фYαMOH 及國產(chǎn)YJ 呋喃樹脂膠泥性能比較。

4 　結(jié)論

通過性能比較,可以看出自制的呋喃樹脂膠泥已接近或很過了國內(nèi)外呋喃系列樹脂膠泥的性能?？梢源孢@些膠泥用于化工防腐施工上。試驗證明采用新的配料操作步驟,避免了爆聚現(xiàn)象的發(fā)生。改善了其施工性能差、操作不便的缺點。