六氟双酚A合成低分子量含氟环氧树脂工艺研究
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h,
分2次缓慢滴加NaOH可得到环氧值为0.50的低分子量双酚A
含氟环氧树脂。此种树脂将可以用作胶粘剂,也可以作为合成高分子量含氟环氧树脂的中间体。
参考文献
[1]于良民,王强,高红秋,有机氟低表面能涂料的研究进展,有机氟化工,2008(4),21-26. [2]2008年含氟树脂及其涂料中国专利申请公开情况,涂料技术与文摘,2008(11),1.
a
novel fluorine—containing
alicyclic
《含氟环氧树脂的合成》,单松高等,玻璃钢/复合材料,1995(3),50—51.
[8]中华人民共和国国家标准GB 1677-1981,增塑剂环氧值的测定(盐酸一丙酮法). [9]中华人民共和国国家标准GB 4618—1984,环氧树脂和有关材料易皂化氯的测定. [10]中华人民共和国国家标准GB/T 12007.4—1989,环氧树脂黏度测定方法.
关键词:一步加碱法;二步加碱法;含氟环氧树脂;合成工艺
1
前言
有机氟碳树脂在高分子材料中占有十分重要的地位,这是由于氟元素电负性最大、原子半径很
小、形成的碳氟键键长较短、键能大,赋予含氟聚合物优异的耐溶剂、耐油、耐气候、耐高温、耐 化学药品、表面自洁等性能,在涂料、表面活性剂、防火剂、电绝缘体、医学、光学等众多领域得 到广泛的应用‘1。31。 氟改性环氧树脂可以赋予其更好的性能,目前很多国内外专家对此开展了研究。Sasaki和 Nakamura报道了全氟丁基邻苯二酸酐固化双酚A环氧树脂,吸水率减少了75%H1。Sasaki又研究了 以上固化树脂的介电常数,可以减低到2.7—2.8晦1。Maruno等人合成了一种新型带有脂环片段的氟 化环氧树脂,改进了光学透明性并且降低了反射系数例。 含氟环氧树脂既可以改善环氧树脂的功能,又可以保留环氧树脂的耐热、耐磨、耐腐蚀性能。
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
23
从图5可知,NaOH的质量分数为28.2%时,
产物的环氧值最高(O.50)。NaOH在双酚A含
2l
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
功能性氟硅材料及应用
氟环氧树脂的制备中起双重作用。第一作为环氧氯丙烷与双酚A反应的催化剂, 脱去HCl而闭环。NaOH浓度大, 度过大, 一方面使反应体系暴沸, 另一方面增加了环氧氯丙烷的水解程度,
>15000
1 3000’20000
表1数据显示,在相同的反应条件下,
变更氢氧化钠添加方式,环氧氯丙烷的单耗、粘度等数
据差别较大。环氧氯丙烷单耗差别大的原因是反应机理所致。主反应如图l所示,反应过程是先醚 化,后闭环,再缩合。副反应是图2所示,环氧氯丙烷与NaOH水解反应。一次加碱法碱的浓度过大, 造成环氧氯丙烷的大量水解,所以单耗大很多。一次加碱法所得含氟环氧树脂环氧值低,分子量大
[3]罗正鸿,何腾云,蔺存国,戴李宗,低表面能聚合物的聚合进展,高分子通报,2007(9),9-14.
[4]Sasaki
S,Nakamura K,Syntheses and properties
group.
of
cured with
epoxy
resins
containing the
perfluorobutenyloxy
I.
Epoxy
resin
cured
perfluorobutenyloxyphthalic
anhydride,Journal of Polymer Science—Polymer Chemistry Edition,1984,22,831—840.
[5]Sasaki [6]Maruno [7]
S,Dielectric properties of cured epoxy resins containing the perfluorobutenyloxy
group,Journal of Polymer Science Part C:P01ymer Letters,1986,24,249—252.
T,Nakamura K,Murata N,Synthesis and properties of diepoxide,Macromolecules,1996,29,2006—2010.
一些,粘度值高。
H。弋>《c卜H+ECH竺譬H2c一7ICH2—0弋毋。一字一f—cH2
A
A二心影。一Q玲一扎铲H霉洲
图1
双酚A含氟环氧树脂主要反应机理
卵.—一心飘一F2
NaOH+H20
图2环氧氯丙烷水解副反应 3.2二次加减法工艺原料摩尔比对反应环氧值的影响
通过高分子理论得知,在~定工艺条件下,反应原料的投料比决定环氧树脂的分子量高低。从
20
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
功能性氪硅材料及应用
图3可见, 子量极大, 大过量时,
当双酚AF:环氧氯丙烷:1:i0后,双酚AF环氧树脂的环氧值为0.50,故选择双 当原料摩尔比为1:l时,产物的聚合度极高,分 当摩尔比与l:l相差愈大, 环氧氯丙烷大 末端环氧基所占比例极少, 产物的聚合度极低, 环氧值极小。
原武汉工业大学单松高等采用一步加碱法使2,2-----(4一羟基苯)一1,1,1,3,3,3一六氟代丙烷(BAF) 与环氧氯丙烷(ECH)进行缩合聚合,结果表明,改性后的环氧树脂的溶解性明显上升Ⅲ。
本论文分别采用一次加碱法和二次加碱法工艺,将一定投料比的BAF与ECH进行缩合聚合,制 备低分子量含氟环氧树脂。测定树脂环氧氯丙烷的单耗、环氧值、粘度、易皂化氯等,通过这些测 定数据的比较,得到环氧氯丙烷单耗低的制备低分子量含氟环氧树脂的工艺。
功能性氟硅材料及应用
六氟双酚A合成低分子量 含氟环氧树脂工艺研究
易英,黄畴,饶建波,武娜 (武汉理工大学化学工程学院,武汉430070)
摘要:本文分别采用一步及二步加碱法工艺,将2,2一二(4一羟基苯)-1,1,1,3,3,3一六氟代 丙烷(BAF)与环氧氯丙烷(ECH)进行缩合聚合,然后讨论比较了原料摩尔比、反应温度以及催化剂NaOH 浓度对反应产物环氧值的影响。实验数据表明,二步加碱法工艺在合成低分子量含氟环氧树脂中, 环氧氯丙烷的单耗低,分子量较低。
2合成实验
2.1实验药品
化学纯2,2-----(4一羟基苯)一1,1,1,3,3,3一六氟代丙烷(BAF),2,2-----(4一羟基苯)丙烷(BA), 天津市大茂化学试剂厂;化学纯环氧氯丙烷(ECH),化学纯无水乙醇,天津市泰兴试剂厂:化学纯氢 氧化钠,购买于武汉联碱厂,其余皆为分析纯。
2.2实验 2.2.I合成实验
酚A:环氧氯丙烷=1:10。从高分子理论得知,
环氧值较大,能得到双酚AF为低分子量含氟环氧树脂。
ECH/队F分子比
图3反应摩尔比对环氧值的影响 3.3二次加减法工艺反应温度对双酚A含氟环氧树脂环氧值的影响
从图4可知, 在BPF与ECH摩尔比为1:i0, 会放出大量热, NaOH为28.2%时, 反应温度95
oC,
ห้องสมุดไป่ตู้
产物的环 则升温过
氧值最高(0.50)。因为加碱后,
使混合物快速升温。若反应温度过高,
快,一方面使反应体系暴沸,另一方面,增加了环氧氯丙烷的水解速度,破坏了原料摩尔比,最 终使双酚A环氧树脂的环氧值下降。
T,℃
图4反应温度对树脂环氧值的影响
3.4二次加减法工艺NaOH浓度对双酚A含氟环氧树脂环氧值的影响
(1)一次加碱法
在三口烧瓶内,
将双酚A F和环氧氯丙烷按一定比例加入,10 min内加热到50 oC,使反应混
合物完全溶解。然后缓慢滴加液碱,剧烈搅拌,当温度升高到95 oc,保持5h。
待反应完毕,用90 oc的蒸馏水将树脂强烈搅拌成浆状,浴温为80-95 oc。澄清后,把水层虹 吸掉。重复这一洗涤过程数次,直到水层为中性且无氯离子(用AgN鸭溶液检测)。然后加入15卫lL
FTIR Spectrometer
170SX红外测试仪测试
3结果与讨论
3.1加碱工艺的影响
表1 合成工艺 一次加碱 法 二次加碱 法
700 0.50 300’500
两种加碱方式的影响 环氧值 粘度(mPa.S)(25
℃)
1000’1500
环氧氯丙烷的单耗g/kg
易皂化氯(25。C)ppm
2000
O.48
第二使反应产物 但NaOH浓
有利于双酚A含氟环氧树脂的生成和环氧值的提高,
影响了原料摩尔比,
使环氧值下降。
NaOH浓度/%
图5
NaOH浓度对树脂环氧值的影响
3.5红外光谱
冰
\
槲
捌 煅
波数(cm一1)
图6双酚^含氟环氧树脂红外光谱图
从图6中可知,在3450 cm-1处有一宽吸收峰,为聚合物中未反应的羟基:1300 cm-1处为苯环的 震动吸收峰,在1210 cffl处有一吸收峰,为C-F键的吸收峰,证明成功的引进了C-F键,制备了含
10
min内加热到50 oc,使反应 回流2 h, 回流2h, 减压回收未反应 溶液呈黄色,
保持反应温度95℃, 蒸出苯,
冷却至65℃以下,
同时滴加第二部分液碱,
使苯溶液透明为止,
得到含氟双酚A环氧树脂。
2.2.2环氧值的测定按照中华人民共和国国家标准∞167卜-81【e】执行
2.2.3易皂化氯测定按照中华人民共和国国家标准GB4618-1984嘲执行 2.2.4黏度测定按照中华人民共和国国家标准GB/T 12007.4-1989u仍执行 2.2.5红外光谱采用美国Nicolet公司Nicolet
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
19
功能性氟硅材料及应用
无水乙醇,再重复洗涤数次。最后将得到的粗产品用旋转蒸发仪除去大部分的乙醇和水,真空干燥 即得到纯产品。 (2)二次加碱法 在三口烧瓶内, 混合物完全溶解保温, 的环氧氯丙烷, 冷却, 用热水洗涤, 将双酚A F和环氧氯丙烷按一定比例加入, 缓慢滴加一部分液碱, 加入苯, 分出水层,
氟环氧树脂。
22
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功能性氟硅材料及应用
4结论
本论文探索了六氟双酚A合成低分子量含氟环氧树脂工艺。红外光谱证明了含氟环氧树脂低分 子量环氧树脂的结构。论文研究了二种加碱方式、原料摩尔比、反应温度及催化剂浓度工艺条件对 反应的影响,实验结果表明,二次加碱工艺中,双酚AF和环氧氯丙烷在液碱作用下开环闭环缩和成 为低分子量双酚A含氟环氧树脂,在双酚A:环氧氯丙烷=1:10,NaOH的质量分数为28.2%,反 应温度95℃, 反应时间4.5
分2次缓慢滴加NaOH可得到环氧值为0.50的低分子量双酚A
含氟环氧树脂。此种树脂将可以用作胶粘剂,也可以作为合成高分子量含氟环氧树脂的中间体。
参考文献
[1]于良民,王强,高红秋,有机氟低表面能涂料的研究进展,有机氟化工,2008(4),21-26. [2]2008年含氟树脂及其涂料中国专利申请公开情况,涂料技术与文摘,2008(11),1.
a
novel fluorine—containing
alicyclic
《含氟环氧树脂的合成》,单松高等,玻璃钢/复合材料,1995(3),50—51.
[8]中华人民共和国国家标准GB 1677-1981,增塑剂环氧值的测定(盐酸一丙酮法). [9]中华人民共和国国家标准GB 4618—1984,环氧树脂和有关材料易皂化氯的测定. [10]中华人民共和国国家标准GB/T 12007.4—1989,环氧树脂黏度测定方法.
关键词:一步加碱法;二步加碱法;含氟环氧树脂;合成工艺
1
前言
有机氟碳树脂在高分子材料中占有十分重要的地位,这是由于氟元素电负性最大、原子半径很
小、形成的碳氟键键长较短、键能大,赋予含氟聚合物优异的耐溶剂、耐油、耐气候、耐高温、耐 化学药品、表面自洁等性能,在涂料、表面活性剂、防火剂、电绝缘体、医学、光学等众多领域得 到广泛的应用‘1。31。 氟改性环氧树脂可以赋予其更好的性能,目前很多国内外专家对此开展了研究。Sasaki和 Nakamura报道了全氟丁基邻苯二酸酐固化双酚A环氧树脂,吸水率减少了75%H1。Sasaki又研究了 以上固化树脂的介电常数,可以减低到2.7—2.8晦1。Maruno等人合成了一种新型带有脂环片段的氟 化环氧树脂,改进了光学透明性并且降低了反射系数例。 含氟环氧树脂既可以改善环氧树脂的功能,又可以保留环氧树脂的耐热、耐磨、耐腐蚀性能。
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
23
从图5可知,NaOH的质量分数为28.2%时,
产物的环氧值最高(O.50)。NaOH在双酚A含
2l
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
功能性氟硅材料及应用
氟环氧树脂的制备中起双重作用。第一作为环氧氯丙烷与双酚A反应的催化剂, 脱去HCl而闭环。NaOH浓度大, 度过大, 一方面使反应体系暴沸, 另一方面增加了环氧氯丙烷的水解程度,
>15000
1 3000’20000
表1数据显示,在相同的反应条件下,
变更氢氧化钠添加方式,环氧氯丙烷的单耗、粘度等数
据差别较大。环氧氯丙烷单耗差别大的原因是反应机理所致。主反应如图l所示,反应过程是先醚 化,后闭环,再缩合。副反应是图2所示,环氧氯丙烷与NaOH水解反应。一次加碱法碱的浓度过大, 造成环氧氯丙烷的大量水解,所以单耗大很多。一次加碱法所得含氟环氧树脂环氧值低,分子量大
[3]罗正鸿,何腾云,蔺存国,戴李宗,低表面能聚合物的聚合进展,高分子通报,2007(9),9-14.
[4]Sasaki
S,Nakamura K,Syntheses and properties
group.
of
cured with
epoxy
resins
containing the
perfluorobutenyloxy
I.
Epoxy
resin
cured
perfluorobutenyloxyphthalic
anhydride,Journal of Polymer Science—Polymer Chemistry Edition,1984,22,831—840.
[5]Sasaki [6]Maruno [7]
S,Dielectric properties of cured epoxy resins containing the perfluorobutenyloxy
group,Journal of Polymer Science Part C:P01ymer Letters,1986,24,249—252.
T,Nakamura K,Murata N,Synthesis and properties of diepoxide,Macromolecules,1996,29,2006—2010.
一些,粘度值高。
H。弋>《c卜H+ECH竺譬H2c一7ICH2—0弋毋。一字一f—cH2
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A二心影。一Q玲一扎铲H霉洲
图1
双酚A含氟环氧树脂主要反应机理
卵.—一心飘一F2
NaOH+H20
图2环氧氯丙烷水解副反应 3.2二次加减法工艺原料摩尔比对反应环氧值的影响
通过高分子理论得知,在~定工艺条件下,反应原料的投料比决定环氧树脂的分子量高低。从
20
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
功能性氪硅材料及应用
图3可见, 子量极大, 大过量时,
当双酚AF:环氧氯丙烷:1:i0后,双酚AF环氧树脂的环氧值为0.50,故选择双 当原料摩尔比为1:l时,产物的聚合度极高,分 当摩尔比与l:l相差愈大, 环氧氯丙烷大 末端环氧基所占比例极少, 产物的聚合度极低, 环氧值极小。
原武汉工业大学单松高等采用一步加碱法使2,2-----(4一羟基苯)一1,1,1,3,3,3一六氟代丙烷(BAF) 与环氧氯丙烷(ECH)进行缩合聚合,结果表明,改性后的环氧树脂的溶解性明显上升Ⅲ。
本论文分别采用一次加碱法和二次加碱法工艺,将一定投料比的BAF与ECH进行缩合聚合,制 备低分子量含氟环氧树脂。测定树脂环氧氯丙烷的单耗、环氧值、粘度、易皂化氯等,通过这些测 定数据的比较,得到环氧氯丙烷单耗低的制备低分子量含氟环氧树脂的工艺。
功能性氟硅材料及应用
六氟双酚A合成低分子量 含氟环氧树脂工艺研究
易英,黄畴,饶建波,武娜 (武汉理工大学化学工程学院,武汉430070)
摘要:本文分别采用一步及二步加碱法工艺,将2,2一二(4一羟基苯)-1,1,1,3,3,3一六氟代 丙烷(BAF)与环氧氯丙烷(ECH)进行缩合聚合,然后讨论比较了原料摩尔比、反应温度以及催化剂NaOH 浓度对反应产物环氧值的影响。实验数据表明,二步加碱法工艺在合成低分子量含氟环氧树脂中, 环氧氯丙烷的单耗低,分子量较低。
2合成实验
2.1实验药品
化学纯2,2-----(4一羟基苯)一1,1,1,3,3,3一六氟代丙烷(BAF),2,2-----(4一羟基苯)丙烷(BA), 天津市大茂化学试剂厂;化学纯环氧氯丙烷(ECH),化学纯无水乙醇,天津市泰兴试剂厂:化学纯氢 氧化钠,购买于武汉联碱厂,其余皆为分析纯。
2.2实验 2.2.I合成实验
酚A:环氧氯丙烷=1:10。从高分子理论得知,
环氧值较大,能得到双酚AF为低分子量含氟环氧树脂。
ECH/队F分子比
图3反应摩尔比对环氧值的影响 3.3二次加减法工艺反应温度对双酚A含氟环氧树脂环氧值的影响
从图4可知, 在BPF与ECH摩尔比为1:i0, 会放出大量热, NaOH为28.2%时, 反应温度95
oC,
ห้องสมุดไป่ตู้
产物的环 则升温过
氧值最高(0.50)。因为加碱后,
使混合物快速升温。若反应温度过高,
快,一方面使反应体系暴沸,另一方面,增加了环氧氯丙烷的水解速度,破坏了原料摩尔比,最 终使双酚A环氧树脂的环氧值下降。
T,℃
图4反应温度对树脂环氧值的影响
3.4二次加减法工艺NaOH浓度对双酚A含氟环氧树脂环氧值的影响
(1)一次加碱法
在三口烧瓶内,
将双酚A F和环氧氯丙烷按一定比例加入,10 min内加热到50 oC,使反应混
合物完全溶解。然后缓慢滴加液碱,剧烈搅拌,当温度升高到95 oc,保持5h。
待反应完毕,用90 oc的蒸馏水将树脂强烈搅拌成浆状,浴温为80-95 oc。澄清后,把水层虹 吸掉。重复这一洗涤过程数次,直到水层为中性且无氯离子(用AgN鸭溶液检测)。然后加入15卫lL
FTIR Spectrometer
170SX红外测试仪测试
3结果与讨论
3.1加碱工艺的影响
表1 合成工艺 一次加碱 法 二次加碱 法
700 0.50 300’500
两种加碱方式的影响 环氧值 粘度(mPa.S)(25
℃)
1000’1500
环氧氯丙烷的单耗g/kg
易皂化氯(25。C)ppm
2000
O.48
第二使反应产物 但NaOH浓
有利于双酚A含氟环氧树脂的生成和环氧值的提高,
影响了原料摩尔比,
使环氧值下降。
NaOH浓度/%
图5
NaOH浓度对树脂环氧值的影响
3.5红外光谱
冰
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槲
捌 煅
波数(cm一1)
图6双酚^含氟环氧树脂红外光谱图
从图6中可知,在3450 cm-1处有一宽吸收峰,为聚合物中未反应的羟基:1300 cm-1处为苯环的 震动吸收峰,在1210 cffl处有一吸收峰,为C-F键的吸收峰,证明成功的引进了C-F键,制备了含
10
min内加热到50 oc,使反应 回流2 h, 回流2h, 减压回收未反应 溶液呈黄色,
保持反应温度95℃, 蒸出苯,
冷却至65℃以下,
同时滴加第二部分液碱,
使苯溶液透明为止,
得到含氟双酚A环氧树脂。
2.2.2环氧值的测定按照中华人民共和国国家标准∞167卜-81【e】执行
2.2.3易皂化氯测定按照中华人民共和国国家标准GB4618-1984嘲执行 2.2.4黏度测定按照中华人民共和国国家标准GB/T 12007.4-1989u仍执行 2.2.5红外光谱采用美国Nicolet公司Nicolet
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
19
功能性氟硅材料及应用
无水乙醇,再重复洗涤数次。最后将得到的粗产品用旋转蒸发仪除去大部分的乙醇和水,真空干燥 即得到纯产品。 (2)二次加碱法 在三口烧瓶内, 混合物完全溶解保温, 的环氧氯丙烷, 冷却, 用热水洗涤, 将双酚A F和环氧氯丙烷按一定比例加入, 缓慢滴加一部分液碱, 加入苯, 分出水层,
氟环氧树脂。
22
第七届全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会
功能性氟硅材料及应用
4结论
本论文探索了六氟双酚A合成低分子量含氟环氧树脂工艺。红外光谱证明了含氟环氧树脂低分 子量环氧树脂的结构。论文研究了二种加碱方式、原料摩尔比、反应温度及催化剂浓度工艺条件对 反应的影响,实验结果表明,二次加碱工艺中,双酚AF和环氧氯丙烷在液碱作用下开环闭环缩和成 为低分子量双酚A含氟环氧树脂,在双酚A:环氧氯丙烷=1:10,NaOH的质量分数为28.2%,反 应温度95℃, 反应时间4.5