耐酸碱呋喃树脂配置胶泥的工艺研究

为了适应化学工业的迅猛发展，苛刻条件下的化学过程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[防腐工作者的重要课题。

化工工艺中，化学反应及单元操作是在酸、碱、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，要求化工设备即要耐酸又要耐碱，而且还 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，从经济角度出发，对钢铁设备实行必要的防腐保护一砖板 衬里技术，则是一种行之有效的方法l圳。

对酸、碱交替设备，采用砖板衬里就需要粘合剂，即需要一种即耐酸又耐碱的胶泥l4j。国内外资料表明，酚醛系树脂胶泥耐酸性突出，由于结构中含有大 量的酚烃基，易与碱作用，但耐碱性差，固化后的胶泥耐热性也不够理想(工程使用温度120℃以下)。呋喃树脂胶泥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，玉米芯、杆、棉子壳、稻壳的水解物，资源丰富，生产工艺简单。由于呋喃树脂胶泥具有优良的性 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2O年代后期就出现了呋喃树脂专刊，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，如德国Hoechs公司的VP701，日本富士公司的F10O3、F1005、七夕于一302和 VF-303，俄罗斯的巾YM()H、41pAp?等。国内现有呋喃树脂产品主要是以糠醇、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。其具有耐热高、机械强度高和化学稳定性好等优点，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理论设计

针对现有呋喃树脂存在的缺点，从高分子结构设计研究人手，用长链活性物质如多元醇、多元醛等代替原合成用甲醛，增加呋喃环之间C-C单链的长度，改变其原有呋喃树脂微观结构，从而实现物理机械性能的综合改善。

根据上述原理，考虑乙醛具有超共轭结构，可使a—H原子变为质子。乙醛中的醛基和a—H在适当的催化剂下可与糠醛反应，确定了如图l所示的合成工艺。

呋喃型树脂胶泥固化性能差，易发生爆聚，施工难度大，经常造成浪费，针对这一弱点，全面分析了呋喃树脂固化机理和配制胶泥操作步骤，找到了产生爆聚 现象的原因。呋喃树脂在固化剂的作用下，在a、J3位发生进一步的亲核取代，同时放出大量的热。反应热不能及时被带走，产生热量聚集，反应体系温度上升， 反应速度急剧增加，于是产生爆聚。

现有制备胶泥的操作工艺：称取一定量的树脂、固化剂和石墨粉，在冷却情况下，缓缓地向树脂中加入固化剂，搅拌均匀后，向树脂中加入石墨粉。该配制操 作工艺，不利于反应速度的控制，且反应热不能及时被带走，需要严格控制固化剂的滴加速度，对施工要求高，极为不方便。针对这一缺点，研究探索了一种新的胶 泥制备工艺：称取一定量的树脂、固化剂和石墨粉，把树脂倒入石墨粉中，搅拌均匀，在冷却条件下，向混合物中慢慢加入固化剂。采用这一新的胶泥制备工艺，避 免了配制胶泥过程中产生爆聚现象。其理论基础为预先在树脂中加入了石墨粉，使得发生反应的分子碰撞几率大幅度减少，降低了反应速度，而且树脂和石墨粉混合 后，增加了体系的体积和表面积。增加传热面积有利于反应热及时被导出。理论上采用该操作工艺，能避免反应热聚集。

在实际配料施工过程中，采用该操作工艺，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。

按照上述的聚合和施工操作工艺步骤，制备了呋喃型胶泥，并对其抗拉、抗压及腐蚀后的性能进行了测试，实验结果表明：新型呋喃树脂胶泥不论是物化性能，还是施工性能，都在很大程度上较现有产品大幅改善。

2实验部分

2．1原料

糠醛：工业品，质量分数为98，棕红色液体，石家庄世易糠醛糠醇有限公司；糠醇：工业品，质量分数为98，红棕色液体，石家庄世易糠醛糠醇有限公司；乙醛：工业品，质量分数为99．9，无色液体，江苏强盛功能化学股份有限公司；催化剂：自制，吉林石化公司研究院。

2．2仪器设备

WSM一50KN型电子万能材料试验机：长春市智能仪器设备有限公司；D90—2型电动搅拌机：杭州仪表电机厂；水环真空泵：上海精胜科学仪器有限公司。

2．3树脂合成及胶泥制备

新型呋喃树脂是由糠醛、乙醛初聚物与糠醇在催化剂下缩聚，经中和、水洗和减压脱水而制得的。

2．3．1醛醛缩合初聚物的合成

称取196g糠醛和适量乙醛，加入装有搅拌器和加热装置的三口瓶中，然后缓慢加入催化剂I。控制反应温度不超过35℃，催化剂加入完成后，升温至 (65±5)℃，保温0．5～1h，然后继续升温至(904-2)℃，保温1～2h后，降温至3O℃，用催化剂II调节pH值至2～3，初聚物合成完毕， 待用。

2．3．2呋喃树脂的合成

称取糠醇100g加入到待用的初聚物中，在(65±5)℃下保温0．5～1h，然后升温至(9O±2)℃高温，保温1h后，降温至40℃，加入200mL蒸馏水，调整pH值至中性，搅拌5min，静止分层，除去上层含盐废水后，在真空条件下，脱去树脂中的水分。

制备新型呋喃树脂的物理性能如表1所示。

233呋喃型胶泥的制备

将称量好的树脂置于搅拌器皿中，加入定量石墨粉后，搅拌均匀。在冷却条件下，加入固化剂，并充分搅拌，即可。

3结果与讨论

3．1性能测试结果

将调制好的呋喃型胶泥按照GB／T1040．1—2006、GB／T1041-2008制成抗拉和抗压件，并测试其抗拉强度、抗压强度，测试结果取平均值，按式(1)计算，结果如表2所示。

3．2焦化时间的测定

称取1g树脂，置于150℃的加热板上，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，所需要的时间即为焦化时间。3次实验结果的平均值为55rain。

3．3性能分析

把自制的新型胶泥制作成抗拉和抗压试件，测试其抗拉强度和抗压强度，与俄罗斯ooYaMH、德国VP701及国产YJ呋喃树脂胶泥性能进行了比较，结果如表3所示。

从表3看出，自制的呋喃型胶泥其性能接近或超过了国内外呋喃系列树脂胶泥的性能，完全可以代替现有胶泥用于化工防腐领域。

4结论

针对现有呋哺树脂及其胶泥的缺点，开发了一种新型呋喃树脂的合成工艺和胶泥施工工艺，并对其胶泥性能进行TN试。结果表明，采用新的配料操作工艺，避免了爆聚现象的发生，改善了其施工性能差、操作不便的缺点。