CN110143894A - 一种改善双酚a型氰酸酯单体均匀性的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,包括如下步骤:第一步、将双酚A型氰酸酯单体溶解于丙酮中;第二步、加入改性活性碳纤维趁热用复合滤膜进行过滤;第三步、于结晶床结晶;第四步、收集晶体。本发明通过将双酚A型氰酸酯单体溶于丙酮中,采用改性活性碳纤维进行初步纯化,再利用复合滤膜进行过滤操作进行二次纯化,纯化后的单体‑丙酮溶液,在格栅结晶床条件下,在负压抽风作用下,溶液的挥发速度较快,形成了结晶时所需的晶核成长空间,晶体沿着格栅迅速上升成长,制得晶体数量和质量均较高的细长针状晶体,粒径均匀;经改善工艺处理后,提升了双酚A型氰酸酯单体的均匀性,有利于氰酸酯预聚体的生产。
Description
技术领域
本发明属于氰酸酯树脂生产技术领域,具体地,涉及一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺。
背景技术
氰酸酯树脂是一种新型的高性能热固性树脂,具有突出的电性能,在宽频带范围内具有优异的介电性能和介电损耗值,是制造高频高速印刷电路板、高性能透波材料和航空结构材料的基础原材料,氰酸酯树脂已被公认为二十一世纪最具竞争力的树脂品质之一。氰酸酯树脂包括双酚A型、双环戊二烯型、双酚E型、酚醛型、双酚M型等多种型号,其中,双酚A型氰酸酯树脂具有性价比优异、合成工艺成熟、耐热性高等特点。
目前,在双酚A型氰酸酯树脂的生产过程中,通过对双酚A型氰酸酯单体不同取样点的全检数据对比发现,双酚A型氰酸酯单体生产存在品质不均匀的问题,单体性能考察的重要指标如GT、色度、浊度等,不同取样点的检测数据基本没有重复性,这就造成了检测数据往往不能客观反应氰酸酯单体整批次实际品质状况,单体品质的不均匀性不利于氰酸酯预聚体生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,通过将双酚A型氰酸酯单体溶于丙酮中,采用改性活性碳纤维进行初步纯化,再利用复合滤膜进行过滤操作进行二次纯化,纯化后的单体-丙酮溶液,在格栅结晶床条件下,溶液与结晶床空气接触面积成倍增长,在负压抽风作用下,溶液的挥发速度较快,形成了结晶时所需的晶核成长空间,晶体沿着格栅迅速上升成长,制得晶体数量和质量均较高的细长针状晶体,粒径均匀,经测试,晶体的粒径为4.2-4.6μm,合格晶形数量达到99%;经改善工艺处理后,提升了双酚A型氰酸酯单体的均匀性,有利于氰酸酯预聚体的生产,能够保证氰酸酯树脂的质量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,包括如下步骤:
第一步、按照固液比1g:10-12mL将双酚A型氰酸酯单体溶解于60℃丙酮中,将混合物置于60℃恒温水浴锅中搅拌均匀;
第二步、加入改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌5-10min,趁热用复合滤膜进行过滤;
第三步、将准备好的结晶床放在60℃恒温水浴槽中,调整抽风罩位于结晶床的正上方并将其固定,打开冷凝器和抽风开关,再将上述步骤得到的滤液全部倒入结晶床中,调节抽风速度为0.75m/s,滤液逐步达到过饱和状态开始结晶析出;
第四步、待丙酮充分挥发,单体完全结晶析出后,关闭抽风开关和冷凝器,轻轻刮取制备的结晶体,得到纯化后的均匀性好的双酚A型氰酸酯单体。
进一步地,第一步中所述改性活性碳纤维由如下步骤制成:
(1)将活性碳纤维放入10%的稀盐酸中浸泡处理50-60min,去除其中可溶性气体和表面杂质,然后用大量的去离子水冲洗,反复4-5次,直至中性后放入100℃烘箱内烘干12h;
(2)将干燥后的活性碳纤维置于质量分数为30%的HNO3溶液中浸泡12h取出,加热烘干12h,通N2保护,在550℃下煅烧,并保温1h,自然冷却后,得到改性活性碳纤维。
进一步地,所述改性活性碳纤维的加入量为双酚A型氰酸酯单体质量的2-3倍。
进一步地,第二步中所述复合滤膜由如下方法制备:
(1)配置质量分数为1%的超支化聚乙烯亚胺水溶液,加入三乙胺和樟脑磺酸,作为水相浸泡液;配制质量分数为0.2%的均苯三甲酰氯-正己烷溶液,作为有机相浸泡液;其中,三乙胺和樟脑磺酸的加入量分别为超支化聚乙烯亚胺质量的0.1%和0.15%;
(2)将水相浸泡液倾倒在聚砜超滤膜表面,使聚砜超滤膜完全被水相浸泡液浸没,浸润5min后,取出聚砜超滤膜并用脱脂棉除去膜面多余的水分;
(3)将有机相浸泡液倾倒在膜表面,使有机相浸泡液能够完全浸没膜表面,30s后,倾倒出多余溶液,并将获得的膜置于60℃烘箱中热处理15min,热处理后的膜放入超纯水中震荡清洗4h,以除去未反应的单体,再置于30℃箱中干燥10h,得到复合滤膜。
进一步地,第四步中抽风罩位于结晶床的正上方,抽风罩通过导管连接有锥形瓶,导管靠近锥形瓶处安装有冷凝器,锥形瓶用于丙酮的收集回收,锥形瓶上开有操作负压抽气的管路,打开抽风开关后,对锥形瓶内负压抽气,进而对结晶床进行负压抽气。
本发明的有益效果:
本发明将双酚A型氰酸酯单体溶于丙酮中进行重结晶,其中,本发明在将A型氰酸酯单体溶于丙酮后进行了两步纯化过程:
先利用改性活性碳纤维进行初步纯化,其中,活性碳纤维经过硝酸改性,硝酸改性使碳纤维的表面被刻蚀,粗糙度增大,断口较多,大大增加了碳纤维的表面积;同时,由于硝酸的强氧化性,在改性过程中会在碳纤维表面生成含氧基团,生成的表面基团对微孔造成了一定的堵塞,使得改性后活性碳纤维的比表面积大幅度增加,孔径变小,孔容增大;经硝酸改性使碳纤维表面富有含氧基团,与改性前相比,含氧官能团明显增加(羧酸、内酯、酚和醚),同时,碳纤维包含许多不规则结构(杂环结构),从而使改性碳纤维产生不同的吸附特性,经过改性处理改善了碳纤维表面的化学性质,提高了碳纤维的吸附性能;改性碳纤维能够有效吸附双酚A型氰酸酯单体中的不溶于丙酮的杂质,同时,改性碳纤维表面含有丰富的含氧官能团(羧酸、内酯、酚和醚),能够与单体中未反应完全的三乙胺、卤化氰等进行化学吸附,初步纯化单体;
再利用复合滤膜进行过滤操作,通过水相浸泡液和有机相浸泡液(超支化聚乙烯亚胺作为水相单体、均苯三甲酰氯作为有机相单体),在聚砜超滤膜表面采用界面聚合方式,得到复合超滤膜;水相中胺类单体穿过已形成的膜结构进一步与有机相单体发生形成典型的“峰-谷”结构特征,得到的复合超滤膜更加致密,产生了更低的通量及更高的截留率,获得的膜截留率较高,过滤效果好;同时,对于复合膜来说,支化聚乙烯亚胺带有大量氨基,在反应完成后,仍有大量未反应完全的氨基(质子化)裸露在膜表面,这些基团在接触到荷负电的细菌后,能够刺破细胞膜,导致细菌死亡,使得复合超滤膜具有一定的抗菌性能;经过该复合膜过滤,不仅能够过滤掉活性碳纤维和其吸附的杂质,而且其上带有氨基,能够与单体中的杂质(亚胺基碳酸酯、氨基甲酸酯等)反应,进一步对滤液进行纯化,同时,该复合滤膜具有一定的抗菌性能,不会出现细菌污染堵塞滤膜而影响膜的渗透性等性能,通过该复合滤膜过滤后,得到进一步纯化的单体-丙酮溶液;
本发明通过将双酚A型氰酸酯单体溶于丙酮中,采用改性活性碳纤维进行初步纯化,再利用复合滤膜进行过滤操作进行二次纯化,纯化后的单体-丙酮溶液,在格栅结晶床条件下,溶液与结晶床空气接触面积成倍增长,在负压抽风作用下,溶液的挥发速度较快,形成了结晶时所需的晶核成长空间,晶体沿着格栅迅速上升成长,制得晶体数量和质量均较高的细长针状晶体,粒径均匀,经测试,晶体的粒径为4.2-4.6μm,合格晶形数量达到99%;经改善工艺处理后,提升了双酚A型氰酸酯单体的均匀性,有利于氰酸酯预聚体的生产,能够保证氰酸酯树脂的质量。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,包括如下步骤:
第一步、按照固液比1g:10-12mL将双酚A型氰酸酯单体溶解于60℃丙酮中,将混合物置于60℃恒温水浴锅中搅拌均匀;
第二步、加入计量改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌5-10min,趁热用复合滤膜进行过滤;
其中,改性活性碳纤维的加入量为双酚A型氰酸酯单体质量的2-3倍;
第三步、将准备好的结晶床放在60℃恒温水浴槽中,调整抽风罩位于结晶床的正上方并将其固定,打开冷凝器和抽风开关,再将上述步骤得到的滤液全部倒入结晶床中,调节抽风速度为0.75m/s,滤液逐步达到过饱和状态开始结晶析出;
其中,抽风罩位于结晶床的正上方,抽风罩通过导管连接有锥形瓶,导管靠近锥形瓶处安装有冷凝器,锥形瓶用于丙酮的收集回收,同时,锥形瓶上开有操作负压抽气的管路,打开抽风开关后,对锥形瓶内负压抽气,进而对结晶床进行负压抽气;
第四步、待丙酮充分挥发,单体完全结晶析出后,关闭抽风开关和冷凝器,轻轻刮取制备的结晶体,得到纯化后的双酚A型氰酸酯单体,完成改善单体均匀性;
其中,第一步中所述改性活性碳纤维由如下步骤制成:
(1)将活性碳纤维放入10%的稀盐酸中浸泡处理50-60min,去除其中可溶性气体和表面杂质,然后用大量的去离子水冲洗,反复4-5次,直至中性后放入100℃烘箱内烘干12h;
(2)将干燥后的活性碳纤维置于质量分数为30%的HNO3溶液中浸泡12h取出,加热烘干12h,通N2保护,在550℃下煅烧,并保温1h,自然冷却后,得到改性活性碳纤维;
硝酸改性使碳纤维的表面被刻蚀,粗糙度增大,断口较多,大大增加了碳纤维的表面积;同时,由于硝酸的强氧化性,在改性过程中会在碳纤维表面生成含氧基团,生成的表面基团对微孔造成了一定的堵塞,使得改性后活性碳纤维的比表面积大幅度增加,孔径变小,孔容增大;经硝酸改性使碳纤维表面富有含氧基团,与改性前相比,含氧官能团明显增加(羧酸、内酯、酚和醚),同时,碳纤维包含许多不规则结构(杂环结构),从而使改性碳纤维产生不同的吸附特性,经过改性处理改善了碳纤维表面的化学性质,提高了碳纤维的吸附性能;改性碳纤维能够有效吸附双酚A型氰酸酯单体中的不溶于丙酮的杂质,同时,改性碳纤维表面含有丰富的含氧官能团(羧酸、内酯、酚和醚),能够与单体中未反应完全的三乙胺、卤化氰等进行化学吸附,初步纯化单体;
所述复合滤膜由如下方法制备:
(1)配置质量分数为1%的超支化聚乙烯亚胺水溶液,加入三乙胺和樟脑磺酸,作为水相浸泡液;配制质量分数为0.2%的均苯三甲酰氯-正己烷溶液,作为有机相浸泡液;其中,三乙胺和樟脑磺酸的加入量分别为超支化聚乙烯亚胺质量的0.1%和0.15%;
(2)将水相浸泡液倾倒在聚砜超滤膜表面,使聚砜超滤膜完全被水相浸泡液浸没,浸润5min后,取出聚砜超滤膜并用脱脂棉除去膜面多余的水分;
(3)将有机相浸泡液倾倒在膜表面,使有机相浸泡液能够完全浸没膜表面,30s后,倾倒出多余溶液,并将获得的膜置于60℃烘箱中热处理15min,热处理后的膜放入超纯水中震荡清洗4h,以除去未反应的单体,再置于30℃箱中干燥10h,得到复合滤膜;
通过水相浸泡液和有机相浸泡液(超支化聚乙烯亚胺作为水相单体、均苯三甲酰氯作为有机相单体),在聚砜超滤膜表面采用界面聚合方式,得到复合超滤膜;水相中胺类单体穿过已形成的膜结构进一步与有机相单体发生形成典型的“峰-谷”结构特征,得到的复合超滤膜更加致密,产生了更低的通量及更高的截留率,获得的膜截留率较高,过滤效果好;同时,对于复合膜来说,支化聚乙烯亚胺带有大量氨基,在反应完成后,仍有大量未反应完全的氨基(质子化)裸露在膜表面,这些基团在接触到荷负电的细菌后,能够刺破细胞膜,导致细菌死亡,使得复合超滤膜具有一定的抗菌性能;经过该复合膜过滤,不仅能够过滤掉活性碳纤维和其吸附的杂质,而且其上带有氨基,能够与单体中的杂质(亚胺基碳酸酯、氨基甲酸酯等)反应,进一步对滤液进行纯化,同时,该复合滤膜具有一定的抗菌性能,不会出现细菌污染堵塞滤膜而影响膜的渗透性等性能,通过该复合滤膜过滤后,得到进一步纯化的单体-丙酮溶液;
第四步结晶中,结晶床为格栅结晶床,经过二次纯化后的单体-丙酮溶液,在格栅结晶床条件下,溶液与结晶床空气接触面积成倍增长,在负压抽风作用下,溶液的挥发速度较快,形成了结晶时所需的晶核成长空间,晶体沿着格栅迅速上升成长,制得晶体数量和质量均较高的细长针状晶体,粒径均匀,经测试,晶体的粒径为4.2-4.6μm,合格晶形数量达到99%。
实施例1
一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,包括如下步骤:
第一步、按照固液比1g:10mL将双酚A型氰酸酯单体溶解于60℃丙酮中,将混合物置于60℃恒温水浴锅中搅拌均匀;
第二步、加入改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌5min,趁热用复合滤膜进行过滤;
其中,改性活性碳纤维的加入量为双酚A型氰酸酯单体质量的2倍;
第三步、将准备好的结晶床放在60℃恒温水浴槽中,调整抽风罩位于结晶床的正上方并将其固定,打开冷凝器和抽风开关,再将上述步骤得到的滤液全部倒入结晶床中,调节抽风速度为0.75m/s,滤液逐步达到过饱和状态开始结晶析出;
第四步、待丙酮充分挥发,单体完全结晶析出后,关闭抽风开关和冷凝器,轻轻刮取制备的结晶体,得到纯化后的双酚A型氰酸酯单体。
实施例2
一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,包括如下步骤:
第一步、按照固液比1g:11mL将双酚A型氰酸酯单体溶解于60℃丙酮中,将混合物置于60℃恒温水浴锅中搅拌均匀;
第二步、加入改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌8min,趁热用复合滤膜进行过滤;
其中,改性活性碳纤维的加入量为双酚A型氰酸酯单体质量的2.5倍;
第三步、将准备好的结晶床放在60℃恒温水浴槽中,调整抽风罩位于结晶床的正上方并将其固定,打开冷凝器和抽风开关,再将上述步骤得到的滤液全部倒入结晶床中,调节抽风速度为0.75m/s,滤液逐步达到过饱和状态开始结晶析出;
第四步、待丙酮充分挥发,单体完全结晶析出后,关闭抽风开关和冷凝器,轻轻刮取制备的结晶体,得到纯化后的双酚A型氰酸酯单体。
实施例3
一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,包括如下步骤:
第一步、按照固液比1g:12mL将双酚A型氰酸酯单体溶解于60℃丙酮中,将混合物置于60℃恒温水浴锅中搅拌均匀;
第二步、加入改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌10min,趁热用复合滤膜进行过滤;
其中,改性活性碳纤维的加入量为双酚A型氰酸酯单体质量的3倍;
第三步、将准备好的结晶床放在60℃恒温水浴槽中,调整抽风罩位于结晶床的正上方并将其固定,打开冷凝器和抽风开关,再将上述步骤得到的滤液全部倒入结晶床中,调节抽风速度为0.75m/s,滤液逐步达到过饱和状态开始结晶析出;
第四步、待丙酮充分挥发,单体完全结晶析出后,关闭抽风开关和冷凝器,轻轻刮取制备的结晶体,得到纯化后的双酚A型氰酸酯单体。
对比例1
将实施例1中的第二步修改为:加入改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌5min,趁热用普通滤膜进行过滤;其余步骤不变。
对比例2
将实施例1中的第二步修改为:加入普通活性碳纤维于溶液中,继续搅拌5min,趁热用复合滤膜进行过滤;其余步骤不变。
对比例3
将实施例1中的第二步去掉,其余步骤不变。
对比例4
将实施例1中的第四步修改为:不加入负压抽风的操作,其余步骤不变。
对实施例1-3和对比例1-4得到的双酚A型单体晶体做如下性能测试:
用显微镜观察晶体的形状,测试晶体的粒径分布;采用高效液相色谱仪进行纯度分析,以甲醇为溶剂,波长为220nm;测试结果如下表:
可知,实施例1-3制得的双酚A型单体晶体排列整齐、细长针状的纯白色晶体、晶体大小分布均匀,粒径范围为4.2-4.6μm,纯度达到99.0%以上;结合对比例1、2、3,说明改性活性碳纤维、复合滤膜均能够有效纯化单体-丙酮溶液,提高晶体的纯度和均匀性;结合对比例4,说明采用负压抽风辅助结晶,能够改善晶体的形状、外观和粒径分布,能够提高晶体的质量。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,其特征在于,包括如下步骤:
第一步、按照固液比1g:10-12mL将双酚A型氰酸酯单体溶解于60℃丙酮中,将混合物置于60℃恒温水浴锅中搅拌均匀;
第二步、加入改性活性碳纤维于溶液中,继续搅拌5-10min,趁热用复合滤膜进行过滤;
第三步、将准备好的结晶床放在60℃恒温水浴槽中,调整抽风罩位于结晶床的正上方并将其固定,打开冷凝器和抽风开关,再将上述步骤得到的滤液全部倒入结晶床中,调节抽风速度为0.75m/s,滤液逐步达到过饱和状态开始结晶析出;
第四步、待丙酮充分挥发,单体完全结晶析出后,关闭抽风开关和冷凝器,轻轻刮取制备的结晶体,得到纯化后的均匀性好的双酚A型氰酸酯单体。
2.根据权利要求1所述的一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,其特征在于,第一步中所述改性活性碳纤维由如下步骤制成:
(1)将活性碳纤维放入10%的稀盐酸中浸泡处理50-60min,去除其中可溶性气体和表面杂质,然后用大量的去离子水冲洗,反复4-5次,直至中性后放入100℃烘箱内烘干12h;
(2)将干燥后的活性碳纤维置于质量分数为30%的HNO3溶液中浸泡12h取出,加热烘干12h,通N2保护,在550℃下煅烧,并保温1h,自然冷却后,得到改性活性碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,其特征在于,所述改性活性碳纤维的加入量为双酚A型氰酸酯单体质量的2-3倍。
4.根据权利要求1所述的一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,其特征在于,第二步中所述复合滤膜由如下方法制备:
(1)配置质量分数为1%的超支化聚乙烯亚胺水溶液,加入三乙胺和樟脑磺酸,作为水相浸泡液;配制质量分数为0.2%的均苯三甲酰氯-正己烷溶液,作为有机相浸泡液;其中,三乙胺和樟脑磺酸的加入量分别为超支化聚乙烯亚胺质量的0.1%和0.15%;
(2)将水相浸泡液倾倒在聚砜超滤膜表面,使聚砜超滤膜完全被水相浸泡液浸没,浸润5min后,取出聚砜超滤膜并用脱脂棉除去膜面多余的水分;
(3)将有机相浸泡液倾倒在膜表面,使有机相浸泡液能够完全浸没膜表面,30s后,倾倒出多余溶液,并将获得的膜置于60℃烘箱中热处理15min,热处理后的膜放入超纯水中震荡清洗4h,以除去未反应的单体,再置于30℃箱中干燥10h,得到复合滤膜。
5.根据权利要求1所述的一种改善双酚A型氰酸酯单体均匀性的工艺,其特征在于,第四步中抽风罩位于结晶床的正上方,抽风罩通过导管连接有锥形瓶,导管靠近锥形瓶处安装有冷凝器,锥形瓶用于丙酮的收集回收,锥形瓶上开有操作负压抽气的管路,打开抽风开关后,对锥形瓶内负压抽气,进而对结晶床进行负压抽气。
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