牌号为1730 的聚酯绝缘漆最早由西德Beck 公司研制成功并用于B 级漆包线,至今已有50 多年的使用历史。我国在1962年后将B 级绝缘材料大量用于机电工业,目前仍在使用。生产1730 的技术路线是对苯二甲酸酯和多元醇的醇解、缩聚中国机械网okmao.com。
作者以废旧聚酯(主要是废弃的矿泉水瓶等) 为原料代替对苯二甲酸酯,经过醇解、缩聚等过程生产1730 绝缘漆,研究了工艺条件(醇解温度和反应时间、原料配比、缩聚反应温度、真空度等工艺参数) 对产品质量的影响。
1 实 验
1. 1 原料及仪器
废旧聚酯(废矿泉水瓶破碎后经洗涤烘干后使用) 、甘油、乙二醇、三混甲酚、二甲苯、钛酸丁酯等均为工业品。2 L 三口烧瓶、电动搅拌器、直型冷凝器、温度计等。
1. 2 性能测试
产品质量测试按GB 6109. 7 —90 进行。
1. 3 合成方法
取乙二醇120 g ,甘油78 g ,废旧聚酯100 g 投入三口烧瓶中,在搅拌下加热至215 ℃,然后分批加入废旧聚酯片209 g ,当聚酯片全部溶解,温度升至240~245 ℃,回流搅拌7 h。在恒温下减压蒸馏,逐渐提高真空度,慢慢蒸出乙二醇,真空度达到93. 33kPa 时,乙二醇己基本蒸完,缩聚反应也近终点。此时不断取样检测,当取出的树脂经冷却成透明的硬球,且瓶内液体隆起时表明反应已到终点。迅速投入全部三混甲酚,控温酚解2 h ,降温到120 ℃以下后,将预先混合好的二甲苯、钛酸丁酯混合物在搅拌下慢慢加入三口烧瓶中,加完后搅拌1 h ,用二甲苯调整至粘度合格。
2 结果与讨论
2. 1 乙二醇加入量和回流温度对醇解反应的影响
醇解的作用是使树脂尽可能完全降解为聚合单体。从醇解反应的程度考虑,回流温度越高,乙二醇加入量越大,降解反应越快,越完全,产品的质量也越好。但乙二醇的沸点为197 ℃,乙二醇的加入量过大,回流温度难以提高到240 ℃以上,而且固体废旧聚酯的溶解时间也因温度低而延长,从而影响总体的反应效率。另一方面,乙二醇的加入量过少,提高醇解反应温度,但也会使产品的颜色加深,实验表明,在甘油和废旧聚酯片加量不变的情况下,乙二醇加入量为120 g 较为合适。乙二醇加入量与回流温度的关系见表1。
2. 2 缩聚反应温度和真空度对产品质量的影响
在缩聚反应中,要脱除乙二醇及反应过程中生成的少量水,单体间相互缩合使分子量逐渐增大而生成树脂。缩聚反应的温度和真空度越高,脱乙二醇速度越快,缩聚反应也越快。但温度越高,使产品的颜色也随之加深,影响产品质量。实验证明,控制缩聚反应温度在240 ±2 ℃之间,然后按下列工艺操作(见表2) ,无论从安全方面还是从生产树脂的质量考虑都是比较合适的。另一方面,开始反应初期,由于体系中有大量乙二醇存在,真空度不可能很高,否则将引起爆沸,必须逐渐提高真空度才能做到稳定操作。
2. 3 酚解温度和时间对产品质量的影响
在缩聚反应完成后,生成的聚酯树脂分子量大,分子间由于氢键等作用力也较大,使树脂即使在高温情况下也具有很高的粘度。加入三混甲酚的作用就是将树脂充分溶解,以降低粘度,再加入二甲苯稀释成绝缘漆产品。加入三混甲酚酚解的温度和时间对绝缘漆粘度指标影响很大。温度过高酚解时间过长超过三混甲酚的沸点会使之大量挥发损耗,同时酚中的羟基也与生成的聚酯发生进一步酯化反应而使树脂降解,分子量降低,产品的粘度降低。温度过低(低于130 ℃) ,体系的粘度大,即使酚解3 h以上得到的产品在稀释过滤时,滤出的不溶物明显增多,主要是由于酚解不完全造成的。因此,控温180 ℃,酚解2 h 是合适的。
2. 4 钛酸丁酯的加入量对产品粘度的影响
钛酸丁酯在绝缘漆中的主要作用是进一步增加树脂与铜线之间的附着力,发挥其在有机相和金属铜2金属相之间的偶联性能,它的加入量过少或过量都会降低漆包线的耐刮强度。绝缘漆的标准为:产品粘度50~150 min ,单项耐刮4. 5 N。从粘度指标和成本考虑钛酸丁酯加入量为1. 5 %较为合适。实验证明加入量在1. 0 %~2. 0 %对绝缘漆的耐刮性影响不大。但其加入量对成品漆粘度影响很大。随着加入量的增加,粘度增加,在固含量不变的情况下(固含量35 %) ,钛酸丁酯的加入量的影响见表3。
3 结 论
(1) 用废旧聚酯为原料生产1730 绝缘漆经中试(300 t/ a 规模) 证明产品质量合格,完全可代替对苯二甲酸酯工艺。
(2) 该工艺为废旧聚酯的再生利用提供了新的途径。由于其来源丰富,价格低廉,因此,具有较好的经济和环境效益。