【摘要】：在涂料工業(yè)中,丙烯酸-4-羥丁酯(4-HBA)是近年發(fā)展起來的新型羥基丙烯酸單體,與常見的丙烯酸羥乙酯及丙烯酸羥丙酯相比,其性能上具有明顯優(yōu)勢(shì)。含4-HBA的丙烯酸樹脂具有優(yōu)異的性能,如附著力、光澤度、耐刮擦性、耐化學(xué)性等,適用于汽車涂料、建筑涂料和黏合劑等。但4-HBA一直沒有大量推廣應(yīng)用,這與它的制備成本較高有著密不可分的關(guān)系,針對(duì)這一問題,本文采用微波技術(shù)合成了 4-HBA,并對(duì)其在涂料中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究,具體內(nèi)容如下:(1)在固體超強(qiáng)酸催化劑A的催化作用下,以1,4-丁二醇(BDO)與丙烯酸(AA)為原料,采用微波輻射法進(jìn)行酯化反應(yīng)合成4-HBA,以4-HBA的酯化率為考察指標(biāo),探討了反應(yīng)溫度、微波輻射時(shí)間、微波功率、催化劑用量及醇酸摩爾比等因素對(duì)酯化反應(yīng)的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,固定反應(yīng)溫度110℃、微波功率700W,采用Box-Behnken響應(yīng)面法對(duì)微波合成工藝過程中的微波輻射時(shí)間、催化劑用量及醇酸摩爾比三個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化,得出最優(yōu)的合成工藝條件為:n(BDO):n(AA)=2.9:1,催化劑用量為3.5%(對(duì)反應(yīng)物總質(zhì)量,下同),反應(yīng)時(shí)間為26min,進(jìn)行三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得4-HBA的酯化率平均為70.04%,并將常規(guī)加熱與微波輻射合成法進(jìn)行比較,證明微波合成法能大大縮短反應(yīng)時(shí)間,提高反應(yīng)效率。通過紅外光譜及核磁共振對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,證明所制備化合物為目標(biāo)產(chǎn)物。(2)在催化劑A的催化作用下,以BDO的轉(zhuǎn)化率為指標(biāo),考察了微波功率、催化劑用量等因素對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響,研究了微波輻射和常規(guī)加熱合成4-HBA的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),結(jié)果表明:相比常規(guī)加熱法,微波輻射下的反應(yīng)活化能降低了 6.53%,指前因子提高了 37.50%,反映了微波的“熱效應(yīng)”及“非熱效應(yīng)”。(3)在催化劑B的催化作用下,采用連續(xù)化管式微波發(fā)生器合成4-HBA,考察了醇酸摩爾比、催化劑用量、混合液的流量及微波功率等因素對(duì)酯化率的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了連續(xù)化微波合成4-HBA的工藝。得出最優(yōu)的合成條件為:n(BDO):n(AA)=5:1、催化劑用量為1.0%、混合液的流量為5mL/min、微波功率為2500W,并通過三次循環(huán)反應(yīng)其酯化率可達(dá)84.36%。采取分子蒸餾裝置對(duì)4-HBA進(jìn)行分離提純。(4)以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、4-HBA及AA為主要單體,選用半連續(xù)滴加方式及自由基溶液聚合法制備出含高活性4-HBA的水性羥基丙烯酸樹脂。考察了反應(yīng)溫度、引發(fā)劑種類及用量及4-HBA用量等因素對(duì)樹脂性能的影響,通過紅外光譜對(duì)樹脂進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,運(yùn)用激光粒徑散射儀及熱重分析儀對(duì)樹脂性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明:當(dāng)反應(yīng)溫度85℃C,引發(fā)劑用量為1.5%(對(duì)單體總質(zhì)量,下同),MMA用量為32.0%,St用量為19.0%,BA用量為33.0%,丙烯酸用量為6.0%,4-HBA用量為10.0%及中和度100%時(shí),制備的水性羥基丙烯酸樹脂固含量可達(dá)30%,表明加入4-HBA有助于提高丙烯酸樹脂的固含量,所合成的樹脂熱穩(wěn)定性良好、乳液粒徑大小適中且分布均勻,且其具有良好的耐酸堿和耐水性。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ630.43
【圖文】：

與常規(guī)蒸餾不同，分子蒸餾屬于非平衡蒸餾，是在高真空度的情況下，受到加熱的液體逡逑分子將會(huì)從液面逸出，通過每個(gè)分子之間存在平均自由程的差別，導(dǎo)致受熱分子表面蒸逡逑發(fā)速率不同，將物質(zhì)進(jìn)行分離，分子蒸餾原理如圖１－１所示。逡逑加冷逡逑輕分子邋＾板逡逑岸組分邋＾逡逑恴１分邋輕分子逡逑圖１－１分子蒸餾原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑３逡逑

說明該模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好，可以用該模型對(duì)產(chǎn)物的酯化率進(jìn)行預(yù)測(cè)。逡逑２．邋ＢＢＤ模型正確性的檢驗(yàn)逡逑圖２－８通過Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ模型設(shè)計(jì)的方程式式２－５顯示了酯化率實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的逡逑實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。圖２－９顯示了微波轄射下４－ＨＢＡ酯化率正態(tài)概率殘差圖。逡逑７５．００－逡逑７０．００邋－邐0邐■邋■逡逑６５．００邐－逡逑、６０．００邋－逡逑｜邋■逡逑Ｓ邋５５．００邋－邐＿邋＿邋，逡逑５０－°°－逡逑４５．００－逡逑Ｉ邐ｌ邐ｌ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑５０．００邐５５．００邐６０．００邐６５．００邐７０．００邐７５．００逡逑實(shí)際值／％逡逑圖２－８邋ＢＢＤ模型方程比較酯化率的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑Ｆｉｇ．邋２－８邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋Ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｒａｔｅ逡逑ｗｉｔｈ邋ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ邋ｖａｌｕｅｓ邋ｖｉａ邋ＢＢＤ邋ｒｅｓｕｌｔｅｄ邋ｅｑｕａｔｉｏｎ逡逑１７逡逑

Ｆｉｇ．邋２－９邋Ｒｅｓｉｄｕａｌｓ邋ｐｌｏｔｓ邋ｏｆ邋ｎｏｒｍａｌ邋ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ邋ｆｏｒ邋Ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｒａｔｅ逡逑ｏｆ邋４－ＨＢＡ邋ｖｉａ邋ｍｉｃｒｏｗａｖｅ邋ｒａｄｉａｔｉｏｎ逡逑由圖２－８的可知預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值二者接近，表明該模型能合理描述實(shí)驗(yàn)變量與酯化逡逑率之間的相關(guān)性，是一種較好的模型。通過觀察殘差圖來分析和發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可能存逡逑在的誤差以及選擇的回歸模型是否合適。在圖２－９中，隨機(jī)分布的殘差在水平區(qū)域呈現(xiàn)逡逑線性，說明所選模型是合適的，而且?guī)捿^窄。綜上，該模型的擬合精度不僅高，而且逡逑回歸方程的準(zhǔn)確性也高。逡逑３．邋ＢＢＤ模型結(jié)果分析逡逑因素之間的交互影響可通過Ｄｅｓｉｇｎ邋Ｅｘｐｅｒｔ邋８．０．６軟件，根據(jù)回歸方程式來繪制分析逡逑圖。響應(yīng)面的分析圖是響應(yīng)值對(duì)各試驗(yàn)因子構(gòu)成的等高圖和三維曲面圖，如圖２－１０邋ａ）？逡逑圖２－１０邋ｃ）和圖２－１１邋ａ）？圖２－１１邋ｃ）所示。逡逑等高線圖及三維曲面圖可直觀地表現(xiàn)出各自變量間的交互作用對(duì)４－ＨＢＡ酯化率的逡逑影響，圖中顏色從藍(lán)色到紅色的變化表示酯化率從小到大的變化。等高線圖中的最小橢逡逑圓為中心點(diǎn)，是響應(yīng)面的最高點(diǎn)？，圖中的封閉環(huán)形的形狀，可體現(xiàn)出兩個(gè)因素之間是否逡逑存在顯著的交互作用

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2781119