纺织加工上常用的树脂

0结课论文学生姓名：夏燕茂学号：2201303006学院：研究生学院专业：纺织工程题目：纺织加工上常用的树脂纺织加工上常用的树脂11纺织加工上常用的树脂摘要：简要的介绍几种纺织加工中常用树脂的加工方法、加工设备和在纺织中具体的应用领域。树脂有天然树脂和合成树脂之分。天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。合成树脂种类繁多，合成树脂可以按树脂合成反应分类，分为加聚物和缩聚物；按树脂分子主链组成分类，分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。按树脂性质分类，分为热固性树脂热塑性树脂。合成树脂是制造合成纤维、涂料、胶粘剂、绝缘材料等的基础原料。关键字：合成树脂应用领域复合材料合成工艺1、酚醛树脂1.1、概述由苯酚和甲醛经缩聚反应而得到的酚醛树脂是最早被合成的热固性树脂。酚醛树脂出于具有良好的力学性能和耐热性能，尤其具有突出的瞬时耐高温烧蚀性能，以及树脂本身又有广泛的改性余地。控制不同的合成条件(如酚与醛的比例、所用催化利的类型等)，可以得到两类不同的酚醛树脂。一类称为热固性酚醛树脂，它是含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂，如果合成反应不加控制，则会使体型缩策反应—直进行至形成不溶不熔的具有三维网络结构的固化树脂。另一类称为热塑性酚醛树脂，它是线型树脂，进一步反应不会形成三维网络结构的树脂，要加人团化剂后才能进一步反应形成具有三维网络结构的固化树脂。这两类树脂的合成与固化原理并不相同，聚合物的分子结构也不同。1.2、酚醛树脂的合成原理酚醛树脂是由酚(如苯酚、甲酚、二甲酚等)和醛(如甲醛、乙醛等)．在酸或碱催化剂存在下合成的聚合物。为了能合成体型结构的聚合物．两种单体的官能度总数应不小5。1.2.1、热固性酚醛树脂[resol]合成原理热固性酚醛树脂的缩聚反应一般是在碱性条件下进行的，常用催化剂为氢氧化钠、氨水、氢氧化钡等。甲醛和苯酚的物质的量之比一般控制在1.1—1.5之纺织加工上常用的树脂22间。用氢氧化钠为催化利时，总的反应过程可分为两步：甲醛与苯酚的加成反应；羟甲基酚的缩聚反应。1.2.2、热塑性酚醛树脂[novolac]合成原理热塑性酚醛树脂的缩聚反应—般是在强酸性条件下，pH＜3，甲醛和苯酚的物质的量之比小于1时，合成得到的一种热塑性线型树脂。它是可溶、可熔的分子内不含羟甲基的酚醛树脂。在酸性条件下，首先主要生成二酚基甲烷。1.3、酚醛树脂的合成方法和设备1.3.1、热固性酚醛树脂的合成热固性酚醛树脂的合成是用碱性催化剂，如氢氧化钠、氢氧化铵或氢氧化钡等．在甲醛／苯酚的投料物质的量之比为（1.1~1.5)：1时进行的，生产设备和工艺流程见图3.1.1。1.3.2、热塑性酚醛树脂的合成热塑性酚醛树脂是用酸性催化剂，如盐酸、草酸、甲酸等．在苯酚与甲醛的纺织加工上常用的树脂33物质的量之比为1：（0.8~0.86）时合成的。合成设备与前述热固性树脂的设备相似。1.4、应用酚醛层压材料是片状填料(棉布、纸、石棉布、木材片等)浸渍酚醛树脂然后干燥在压机上热压成层压板、也可模卷压成管、棒或其他制品。破璃纤维增强酚醛模塑料是采用酚醛树脂胶液浸渍玻璃纤维(通常为无碱无捻玻纤粗纱)，经烘干、造粒而制得。酚醛模塑粉是苯酚与甲醛在催化剂作用下缩聚，经真空脱水后生成高邻位酚醛树脂再与一定配比和热塑性酚醛树脂、填料、固化剂、润滑剂和着色剂等混合、滚压、粉碎、过筛所得。用于注射成型湿热地区使用的低压电器和仪表、纺织工业的绝缘构件和零部件等。酚醛树脂无机纤维保温材料是采用低黏度酚醛树脂水相分散液，在工艺上采用喷雾法使粘结剂成雾状进入纤维沉降室沉积并包覆与飘落在纤维表层。酚醛蜂窝结构材料是—种夹层结构的复合材料，夹层结构是由3层以上的材料或结构组成的复合结构。以酚醛树脂或改性酚醛树脂作为主要粘接组分的胶黏剂，粘接木材，制造胶合板，也用于国防工业、尖端技术和工农业生产各领域。2、高性能环氧树脂2．1概述环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的那一类有机高分子化合物，一般它们的分子量都不高。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的三维网状结构的高聚物。高性能环氧树脂通常是指具有较好耐热性能的环氧树脂，在固化剂相同的情况下，高性能环氧树脂的玻璃化转变温度Tg值比普通环氧树脂高80~150℃。高性能环氧树脂具有力学性能好、耐热性好、黏附力强、收缩率低、尺寸稳定性好、耐腐蚀、绝缘性及机械强度等优点。2.2、树脂合成的工艺流程和设备高性能环氧树脂一股是在间歇式反应釜中进行合成的．树脂的合成工艺流程如图3.2.1所示。树脂的合成在反应釜（1)中进行，反应完毕转入精制釜(6)，通过水洗或膜过滤等方法除去反应生成的盐类等杂质，然后脱陈溶剂，得产品。纺织加工上常用的树脂442.3.1、酚醛多环氧树脂酚醛多环氧树脂在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。用芳香族多元伯胺固化的酚醛多环氧树脂浇铸体的Tg可以达到180一230℃。酚醛多环氧树脂由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成。合成可分为一步法和二步法两种。一步法是在线型酚醛树脂生成后不将树脂分离出，立即投入环氧氯丙烷进行环氧化反应。二步法是在线型酚醛树脂生成后将树脂分离出，再和环氧氯丙烷进行环氧化反应。2.3.2、间苯二酚—甲醛型环氧树脂这类树脂具有四个环氧基，固化物的热变形温度可达300℃，耐浓硝酸性能优良。它是由低分子量的间苯二酚—甲醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成的，合成方法类似于酚醛多环氧树脂。2.3.3、四酚基乙烷型环氧树脂这类树脂具有较高的热变形温度和良好的化学稳定性。它是由四酚基乙烷与环氧氯丙烷缩聚而成的具有四个环氧基的树脂。2.3.4、三羟苯基甲烷型环氧树脂用DDs固化的该树脂固化物的Tg可达261℃，还有良好的韧性和湿热强度，可耐长期高温氧化。2.3.5、4，4’—二氨基二苯甲烷环氧树脂(TGDDM)纺织加工上常用的树脂55TGDDM树脂属于缩水甘油胺类环氧树脂，这类树脂的特点是多官能度、环氧值高、交联密度大、耐热性显著提高。主要缺点是有一定的脆性。TGDDM树脂由4，4’—二氨基二苯甲烷与环氧氯丙烷反应制得。当TGDDM的环氧当量为110g／mol时，其黏度为3—6pa·s(50℃)。该树脂是一种高性能复合材料的基体树脂．具有优良的耐热性能，用DDS作为固化剂时其Tg为240℃。优良的长期耐高温性能和机械强度保持率，优良的耐化学和辐射稳定性；并具有较低的固化收缩率。因此，用该树脂制成的复合树料是一种耐高温的结构复合材料和耐高能辐射材料。TGDDM树脂也用作高性能结构胶黏剂。2.3.6、对氨基苯酚环氧树脂(TGPAP)TGPAP树脂出对氨基苯酚与环氧氯丙烷反应制得。对氨基苯酚环氧树脂是低黏度液体(0.55一0.85Pa·s，25℃)，环氧当量为95—107g／mol。该树脂固化活性非常高，用脂肪胺作固化剂时会放出大量的热．甚至使树脂碳化；用芳香胺作固化剂时如果温度太高或加有促进剂时也会发生这种现象，因此，在使用TGPAP树脂时应特别注意它的固化性能。TGPAP树脂固化物具有优良的热稳定性和化学稳定性，用DDS固化的TGPAP树脂的Tg值高达250℃，用TGPAP树脂制得的复合材料具有耐烧蚀性能和耐Y—辐射的性能。该树脂也可以用作胶粘剂和高性能涂料。2.3.7、三聚氰酸环氧树脂三聚氰酸环氧树脂是由三聚氰酸和环氧氯丙烷在催化剂存征下进行缩合，再以氢氧化纳进行闭环反应制得的。由于三聚氰酸存在酮—烯醇互变异构现象，得到的是三聚氰酸三缩水甘油胺和异三聚氰酸三缩水甘油酯的混合物。分子中含有三个环氧基．固化后结构紧密，具有优异的耐高温性能。分子结构中的三氮杂苯环，使该树脂具有良好的化学稳定性．优良的耐紫外光性、耐气候性和耐油性。由于分子中含14%的氮，遇火有自熄性，并有良好的耐电弧性。该树脂的合成工艺如下：将三聚氰酸18kg，环氧氯丙烷24kg及苄基三乙基氯化铵300g加入反应釜中，于117℃下回流反应2.5h，冷却，于28—30℃下逐步加入50％的氢氧化钠溶液44kg，加完后，水洗，分层。最后加入冰醋酸200mI，减压回收环氧氯丙烷。得到琥珀色黏稠状树脂．环氧值0.8当量/100g。2.4、应用纺织加工上常用的树脂66由于高性能环氧树脂固化物较好的耐热性能及优异的综合性能，它们可用作耐高温复合材料的基体树脂及耐高温粘合剂、浇铸料、用于多种金属与非金属材料的粘结、耐腐蚀涂料、电气绝缘材料。开发了一系列如碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、芳纶纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维等高性能增强材料，并广泛使用高性能环氧树脂基体，形成先进复合材料，广泛用于航空航天、电机、化工、汽车等工业部门。碳纤维增强环氧树脂基复合材料制品已广泛应用于制作火箭喷管、飞机、人造卫里的结构部件等国防工业领域中。芳纶纤维增强环氧树脂基复合材料主要用于航空航天领域中。3、聚酰亚胺树脂3.1、概述聚酰亚胺树脂是以芳香族二酐和芳香族二胺为原料，经酰亚胺化反应得到的一类聚合物。聚酰亚胺树脂可分成缩聚型、加聚型和热塑性三种类型。严格来讲，只有加聚型的聚酰亚胺是热固性的树脂，因为加聚型的聚酰亚胺是分子量较小的酰亚胺化的齐聚物，通过活性端基进行交联固化，形成网状结构。固化树脂具有较高的交联密度,因此具有较大的脆性。缩聚型聚酰亚胺其行为像热固性树脂，树脂固化物是不溶不熔的。缩聚型聚酰亚胺树脂极少用作复合材料的基体树脂，一般用于制造薄膜和涂料。聚酰亚胺作为先进复合树料基体应用的吸引力在于其能250℃以上长期使用，这一点即使最好的多官能团环氧也不能达到。但有两个主要的原因阻碍了经典聚酰亚胺作为结构复合材料基体的广泛应用。第一，交联密度高、分子链刚性大的聚酰亚胺固有的脆性，导致了复合材料耐损伤性差以及热冲击时基体树脂易开裂．这种开裂则使吸湿性增加以及冷热交替时易变形。第二，聚酰亚胺的可加工性差。聚酰亚胺的加工一般需要在高温（250一300℃)下进行．对于缩聚型聚酰亚胺还需要较高的压力。3.2、应用聚酰亚胺树脂具有突出的热稳定性和氧化稳定性，以及优异的耐辐射性能、介电性能和力学性能。因此，这种树脂在航空、航天、电机、电工、电子等领域有很好的应用前景。填充玻璃纤维、碳纤维或者硼纤维的聚酰亚胺塑料热膨胀系数更低，力学性能更好，可用于高强结构材料比如喷气发动机零部件。这类纤维纺织加工上常用的树脂77增强的聚酰亚胺零件用于替代传统的金属发动机零件可显著减轻重量。由石墨,碳纤维和聚四氟乙烯填充的聚酰亚胺模塑料可用于活塞环、轴承和密封件的自润滑磨损表面。填充摩擦材料的聚酰亚胺可用于耐高温制动元件;填充金刚石的PI可用于高速砂轮。4、脲醛树脂4.1、概述尿素与甲醛反应得到的聚合物。又称脲甲醛树脂。英文缩写UF。加工成型时发生交联，制品为不溶不熔的热固性树脂。固化后的脲醛树脂颜色比酚醛树脂浅，呈半透明状，绝缘性能好，耐磨性极佳，价格便宜，但遇强酸、强碱易分解，耐候性较差。4.2合成工艺和设备工业中生产脲醛树脂有间歇法和连续法两种工艺过程。间歇法生产脲醛树脂的过程包括：原料准备，加料混合，缩聚反应，真空脱水，稳定处理，出料。全部过程在同一个反应釜中进行。即首先分析原料的含量，中和甲醛溶液，然后将甲醛与尿素加人反应釜(图3—7)。混合以后开启回流冷凝器，并通蒸汽加热，混合液加热到55—60℃时停止加热，温度靠反应放热升到80一85℃、在规定的pH值下反应一定的时间，反纺织加工上常用的树脂88应液达到需要的粘度，然后冷却反应液到65—70℃。将反应液调至中性，关闭冷凝器的回流阀，开启直流阀进行真空脱水。在此期间，必须注意不要让树脂掖通过冷凝器抽入冷凝水收集器。真空脱水根据脱水量或折光指数来控制；当达到树脂浓度60％一70％时停止脱水。树脂冷却到40℃时用稳定剂(氨水等)进行稳定处理，经过过滤的树脂放人成品树脂的容器。连续法生产脲醛树脂有气相法与液