年产1万吨低温固化丙烯酸树脂生产工艺设计毕业论文Word格式文档下载.docx
- 文档编号:17370856
- 上传时间:2022-12-01
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:295.17KB
年产1万吨低温固化丙烯酸树脂生产工艺设计毕业论文Word格式文档下载.docx
《年产1万吨低温固化丙烯酸树脂生产工艺设计毕业论文Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《年产1万吨低温固化丙烯酸树脂生产工艺设计毕业论文Word格式文档下载.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1绪论
1.1丙烯酸树脂、MMA、PMMA及化学式
丙烯酸树脂(C3H4O2)n,是一类均聚物和共聚物的总称,由丙烯酸、甲基丙烯酸和它的酯或其衍生物聚合而成的。
丙烯酸树脂在涂料剂的类型上分,一般的涂料剂有溶剂型涂料、粉末涂料、高固体组份涂料和水性涂料。
作为涂料所用得丙烯酸树脂通常是依照它的成膜特点来分为热塑性丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂这两种。
也可以在组分上可分为,氟丙树脂、苯丙树脂、醋丙树脂、醇丙树脂、硅丙树脂、叔丙(叔碳树脂-丙烯酸酯)树脂等[1]。
甲基丙烯酸甲酯(国标编号:
32149,CAS号80-62-6,简称MMA)在有机化工行业中有着重要的地位,MMA它主要作用是生产其共聚物和聚合物所用到的聚合单体。
同时MMA也可以用酯交换的方法来制得甲基丙烯酸高碳酯。
化学式:
CH2C(CH3)COOCH3
聚甲基丙烯酸甲酯,(亚克力或亚加力)。
它是由单体甲基丙烯酸甲酯聚合的产物,平均分子量达到五十至一百万。
因为聚合机理的差异,聚甲基丙烯酸甲酯有四种不一样的构型分别是:
全同立构、间同立构、无规立构、规整立构这四种,其中他们的之间有着不同的功能。
聚甲基丙烯酸甲酯是应用较早的一类树脂,它作为一种主要的热塑性塑料之一,性能方面也是非常优秀的,PMMA的物理和化学性能稳定、耐候性和透明程度高,加工难度不大,是很好的建筑和生活用具方面的制造材料。
-[CH2C(CH3)(COOCH3)]n-
1.2基本物理性能参数、外观、化学性质
MMA:
(PMMA的单体)
外观与性状:
无色易挥发液体,有强辣味
分子量:
100.12 蒸汽压:
5.33kPa/25℃ 闪点:
10℃折射率:
1.4142
熔点:
-50℃ 沸点:
101℃ 溶解性:
微溶于水,溶于乙醇等
相对密度(空气=1):
0.9440 稳定性:
稳定
有着自然的硬度与韧性的协调,耐磨性、耐候性、耐高低温差等极优,其许多物理化学及功能均具有显著的独特优点。
一般用来合成PMMA的单体,另外他能加工成其它树脂、涂料、塑料、粘合剂、润滑剂等。
危险标记:
7(易燃液体)
PMMA:
中文名称:
聚甲基丙烯酸甲酯
别称:
有机玻璃IUPAC命名:
聚[1-(甲氧羰基甲基)亚乙基]
CAS登录号:
9011-14-7
耐腐蚀性能良好;
透光率:
较高;
折射率:
1.482~1.521;
抗老化性:
较高
玻璃转化温度大约为105℃;
平均分子量:
50~100万
水溶性:
不溶;
密度1.18g/cm3;
熔点:
较低约130-140℃
硬度(洛氏):
85~105;
拉伸强度/MPa:
49~77;
压缩强度/MPa:
130
疲劳强度(107次)/MPa:
27.8;
弯曲强度/MPa:
110
1.3产品应用情况
热塑性丙烯酸树脂在成膜没有产生进一步的交联,所以分子量会大于许多树脂。
在建筑材料、电器、汽车的涂装、机械设备等领域中广泛的应用。
他的保光保色性、耐水耐化学性极优、加工的难度小、固化速度快,施工中的重新涂刷和返工都很容易。
在中国市场中MMA的需求很大,在有机玻璃的生产、建筑材料、机械设备的部件、防水涂料、各种乳液树脂、改性剂、电器部件封装、工业制件、医用材料等。
其中MMA树脂更是具备干燥温度低、干燥速度快、高抗紫外线的能力等特点,是防弹所用的玻璃材料、高级的家具等制造的常用材料。
MMA主要的下游产品是其聚合物PMMA称为有机玻璃。
PMMA的发展比较早,在热塑性塑料中占有很高的地位,因为有机玻璃他自身物理化学性能稳定、有着很高的透明度、同时他的耐腐蚀和耐摩擦性能也不错,所以在建筑材料、汽车部件、卫生洁具、家用电器等方面被大家广泛的应用,甚至它有时候会代替钢化玻璃去作为建筑所用的材料。
聚甲基丙烯酸甲脂的高分子材料也适用于制造高级的光学镜头和光学透镜,用PMMA制造的DVD碟片片基有着高容量的优点,同时在车辆的灯罩、液晶显示屏幕等也有着很好的应用,应用非常普遍,市场的前景非常好。
另外医用高分子也是个重要分支,功能高分子在诊断和治疗的医疗领域中得到了广泛应用。
现今很多免疫措施使用的基质大部分都是使用高分子的材料,还有那些能够正常维持生理需求的人造器官的生产材质大部分是功能高分子材料。
其中在医用制品领域中聚甲基丙烯酸甲脂作为医用材料的应用也十分的广泛。
聚甲基丙烯酸甲脂临床应用到人们的头盖骨和关节的修补的方案在很早以前我国就已经开始实施了。
目前聚甲基丙烯酸甲脂在医用高分子材料中的总体用量可以占到百分之十,我国每年PMMA在医用材料中超过三百吨。
由此可见PMMA的用途还有广泛市场需求都是很大的,前景十分的广阔[2]。
1.4生产企业资料(市场需求量、供应情况、年产量)
在有机玻璃的应用领域上,在通信行业中的应用是有机玻璃的第一消费领域,在二十世纪一二年代通信行业在有机玻璃上的消费量达到了有机玻璃总体供给的百分之三十。
伴随有机玻璃在各行各业用量的增加,有机玻璃在电器领域中的消费量提升排名第一。
表1.32007年国内PMMA按行业分类消费
消费领域
PMMA消费量(万t)
消费比例(%)
建筑行业
21.5
50.7
照明行业
7.2
16.4
交通行业
3.1
7.1
光学行业
2.8
6.4
医学行业
2.5
5.8
IT行业
1.8
4.1
其他
9.5
合计
43
100
有机玻璃在大陆的产能:
二十世纪十九年代,制造有机玻璃的厂家总达到三百多家,一年生产量达到八十万吨。
生产的主力由下表所示:
表1.42019年中国主要PMMA生产
公可名称
产能,万吨/年
地区
生产工艺
镇江奇美
13
江苏
溶液聚合
南通丽阳
8
本体案合
赢创上海
上海
本体聚合
苏州双象
万华化学
山东
璐彩特国际
6
黑龙江龙新
4
黑龙江
惠菱化成
广东
上海泾奇
2
伸春化工
1
渐江
其他厂家
18
主要在华东,华南
裂解居多
80
另外,我国还有许多裂解生产聚甲基丙烯酸甲脂的小规模企业,大部分建设在华南和华东这片区域,绝大多数厂家都是拿生产聚甲基丙烯酸甲脂残次品、废弃的原料、设备离清理出来的残渣等来制得甲基丙烯酸甲酯,然后拿去制造聚甲基丙烯酸甲脂。
因为这些边角料制得的原料质量不过关和小厂家的生产技术不高,这类产品质量不能得到很好的保障,更是难以和大型企业相提并论,大多消费于小型的商铺。
国内裂解有机玻璃生产量约十八万吨一年。
国内生产有机玻璃的企业起步相比国外的晚,所以独立投资建设的外企在我国有机玻璃的制造排在前列,国内一半的消费都来自于这些外企,若是不算裂解有机玻璃的小规模的企业的产量,则这些外企的市场将会占到六至七成,大陆内地有机玻璃的制造厂商还有着广阔的晋升范围[3]。
1.5技术展望(工艺改进、产品性能改善等)
丙烯酸酯类的聚合物有着良好的粘接性与成膜性,耐候性、保色性、耐腐蚀性等,用丙烯酸树脂与其它树脂复配的话,其应用性能回更广,所以自从丙烯酸树脂及其涂料进入工业化后,就以一种惊人的速度飞速发展,特别是在中高档的涂料领域中,聚丙烯酸酯及其涂料比其他涂料更受人们的重视。
从金属和塑料、日常用品、玩具行业到人们家里所用到的家私装饰;
从纺织的涂饰剂、防水涂层到建筑的内外墙涂料、防水涂料;
从飞机表面的涂料、汽车涂料到机械表面涂装;
可以说涂料涂装都会看到丙烯酸的踪迹。
它不单单是涂料的成膜基料,也能用来制造颜料填料的润湿分散剂[4]。
MMA是PMMA的单体,而我国MMA企业生产规模都比较小,需要通过改扩建使其达到经济规模。
让那些原料充足、生产效率高、的企业兼并或重组做大、做强,积极开发下游产品,形成MMA和其下游产品一体化。
伴随社会向着绿色的方向前进,可以看出将来我国的甲基丙烯酸甲酯的产量不会变化太大,随着国内的交通、建筑和科技等的快速发展,各种原材料的消耗程度也会有所提升,有机玻璃才能保持着高消费的状态。
后面会有几所大型的材料制造业重新开设有机玻璃的生产,有机玻璃的年产量可能会提升五十万吨。
我国特种有机玻璃制造出来的商品,例如光学纤维、可以阻挡辐射有机玻璃及太阳能充电的电池等还没有得到应用,在其他国家有机玻璃已经大量的投入到了大容量的碟片的制造当中,国内大陆则是刚开始这方面的投资。
所以我们要使科学研究和行业的进展相结合、踊跃的研制高端的有机玻璃产品,让有机玻璃的市场能够得到更好的提升[4]。
1.6意义
丙烯酸树脂是一种使用起来难度不大的树脂,而PMMA又是属于最为常见丙烯酸树脂,我们常见的生活用品、电器、交通工具等都能见到用PMMA材料制造的物件或零件。
PMMA的固化难度小,温度低且生产的成本不高,但是我国在PMMA行业占时还不能和国外的优秀企业相比。
因为我国PMMA行业的起步晚,生产出来的PMMA质量不算较差,不能很好地满足市场的需求,得靠大量的从国外一些优秀的PMMA生产企业进行购买。
因为起步晚,我国PMMA在高端的产品上应用的十分少。
本设计通过对PMMA的生产方法、市场发展等进行了大量的资料查询,选出了一条生产PMMA的工艺路线进行工艺设计。
希望PMMA在国内的发展能够更加迅猛,提高PMMA的生产质量,早点打进高端产品的市场中,让PMMA在国内的市场有更好的发展。
2低温固化丙烯酸树脂工艺流程设计
2.1生产方法对比分析
2.1.1PMMA的合成方法:
目前,有机玻璃的合成大多是用甲基丙烯酸甲脂单体为主体和少量的丙烯酸酯类单体共聚而成的聚合物,依据聚合方式的差异,有机玻璃的合成可以分为溶液聚合,本体聚合和悬浮聚合这三种工艺,小型企业的低产量生产一般是用悬浮聚合工艺,大型企业的的连续法量产一般都是采纳溶液聚合和本体聚合工艺。
(1)悬浮聚合法:
将甲基丙烯酸甲酯,水,引发剂,分散剂通过剪切和搅拌会先得到一种悬浮液,通过油溶性引发剂引发而进行的聚合反应。
悬浮聚合工艺合成有机玻璃的原料是甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯,应为使用了悬浮剂的原因,得到的产物透明性不是很好,不能满足一些特殊制品高透明和高纯度的需求。
用悬浮聚合的法生产聚甲基丙烯酸甲脂模塑料,产品的性能都挺好。
缺点是产品的纯度不高,分子量分布太宽,废水排放多。
(2)溶液聚合法:
原材料是甲基丙烯酸甲酯、油溶性引发剂、链转移剂,在溶剂中发生聚合反应的方式合成有机玻璃。
接着聚合物熔体要经脱挥,造粒等工序得到最终的有机玻璃模塑料。
(3)本体聚合法:
是单体在不加溶剂和别的分散剂的条件下,在引发剂,或光,热作用下的聚合反应甲基丙烯酸甲临本体聚合有两个显著的特点。
“凝胶效应”:
甲基丙烯酸甲酯在聚合过程中,转化率为二十的时候,聚合的速度会大大的提升,同时粘度增加,会导致局部过热的情况,甚产生爆聚,通常我们将这种现象称为凝胶效应。
这种效应在大多数单体聚合都不会发生。
凝胶效应之所以会产生是因为随转化率的提升,整个体系的粘度也会变大,一定程度上限制了链增长活动,但是单体的扩散速度不会减小或者减小不明显,在正常的速度下进行链增长活动而链终止的速度变小,聚合物的分子量会增大,聚合反应速率大大增加,出现了自动加速效应,可能会使PMMA的分子量变宽,甚至大于100万的分子量,所以在聚合的过程中升温速度要空的得当,掌握好自动加速效应发生的规律,提前做好防范措施。
暴聚:
暴聚是在聚合过程中,当物料的粘度增高会变成一种胶质的浆液,阻碍了热对流的进行,有大量的热量集聚在一起形成一小块区域的温度过高,加快了聚合的进行,会产生大量的聚合放热不能散开,最初先是一个小部分的,最终是全部地方都难以散热使浆液出现暴沸。
暴聚所产生的聚合物会出现大量的气泡,分子量低、分布极不均匀,产物的性能会比正常的低。
当密闭容器中出现暴聚现象,所产生的压力会使容器炸裂,引起事故[5~6]。
(4)总结:
虽然悬浮聚合工艺的技术成熟,设备投资低,过程易于控制以及后处理流程不难,但因为产品纯度不高和污水排放问题,将逐渐被淘汰。
溶液聚合生产PMMA成品纯度高,控制难度不大,不会产生污水生产的主导工艺。
但是生产效率不高,流程多,能源消耗大,较慢的切换速率,品种的更换不灵活。
所以,溶液聚合工艺需要优化和减少溶剂用量,降低能耗的原料的用量。
本体聚合工艺生产PMMA,产物分子量均一,纯度高,挥发分低,透明性和耐热性好,其次工艺的流程短,可以连续化生产,生产效率高,无三废排放。
虽然该方法有凝胶效应容易引起暴聚,但严格和有针对的设计使用反应器可以避免暴聚的发生,和悬浮聚合,溶液聚合相比,本体聚合生产工艺合理,产品质量好。
综合生产工艺的过程,成本,产品质量和三废处理等问题的比较,本体聚合技术优势更大一些,是一种具有开发前景的技术。
下表2.1是总结了三种方法的对比
表2.1三种合成方法对比
聚合方法
悬浮聚合
主要配方
MMA+丙烯酸酯类单体、引发剂、悬浮剂、水
MMA+丙烯酸酯类单体、引发剂、有机溶剂
MMA+丙烯酸酯类单体、引发剂
聚合环境
液滴
溶液
本体
温度控制
易,水为热载体
较易,溶剂为热载体
难,热难以散发
分子量调节和控制
难,分子量分布宽
易,分子量分布窄
反应速率
快
慢,因为有溶剂存在
快,初期需要低温,反应徐徐进行
产品质量
高聚物不够纯净,含有悬浮剂等添加剂,可直接得珠状物,经进一步加工得颗粒,利于成型加工
高聚物比较纯净,含有微量溶剂,熔融态聚合物可直接挤板或生产颗粒
高聚物纯净,可直接成型,适宜生产板、棒状等产品,也可直接制成模塑料
2.1.2MMA单体的生产方法
丙酮氰醇法(ACH法):
是由美国先发明的一种制造甲基丙烯酸甲酯的方法,同时也是现在生产甲基丙烯酸甲酯的主要方法。
ACH法工艺流程简单、技术也在慢慢地变好,是连续生产大量甲基丙烯酸甲酯的方法。
流程是先将氢氰酸和丙酮在碱催化剂下反应生成ACH,然后ACH和浓硫酸反应生成甲基丙烯酰胺硫酸盐。
甲基丙烯酰胺硫酸盐水解得到甲基丙烯酸,最后甲醇与甲基丙烯酸反应生成MMA。
该法副产物和废酸较多,废酸的处理方法有硫酸回收法和硫酸铵回收法两种。
异丁烯氧化法(C4法):
这是由三菱人造丝公司首先工业化生产甲基丙烯酸甲酯的新工艺路线,该工艺是C4馏分中异丁烯用空气在钼催化剂作用下二步氧化,简单地说就是先把异丁烯氧化成甲基丙烯醛,然后进一步氧化成甲基丙烯酸,最后和甲醇发生酯化反应生成MMA。
丙烯法:
该方法是将一氧化碳、甲醇和丙烯经液相羰化反应合成中间体β-甲氧基异丁酸甲酯,再将其分解生成MMA和甲醇,甲醇可以回收循环
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 年产 低温 固化 丙烯酸 树脂 生产工艺 设计 毕业论文