年产2000吨丙烯酸涂料工厂设计说明书_毕业设计(编辑修改稿)

年产2000吨丙烯酸涂料工厂设计说明书_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

发展水平。 目前的年产量在 50万吨左右，其中内墙占 60%，外墙占 25%，其他占 15%。 就产品类别来看，在我国大中城市及沿海地 区，聚乙烯醇类低档建筑涂料急剧减少，70％为中高档涂料 ， 而在一些小城市及西部地区 ， 以聚乙烯醇为成膜物的低档涂料用量仍较大，而一些发达国家主要以聚醋酸乙烯和丙烯酸涂料为主。 随着我国改革开放的不断深入 ， 国外涂料业的先进技术进入中国 ， 今后几年我国的发展重点将是各种丙烯酸涂料代替聚乙烯醇涂料用于工业及民用建筑。 同时多功能性涂料也将会有较大的发展，如防水、防霉、防虫等涂料将被人们逐渐了解和接受。 我国丙烯酸涂料工业与国外的差距 我国与国外发达国家相比，在丙烯酸涂料工业领域还存在着很大的差距，主要表现在以下几个方面：我 国生产丙烯酸涂料的企业生产规模小，生产设备、工艺落后，无法适应高科技含量的产品要求。 在我国，丙烯酸涂料用的许多官能单体及助剂的研究开发还没有跟上 ， 其品种还很少 ， 因此制约了丙烯酸涂料工业的发展。 我国的丙烯酸涂料工业的涂装方法及工艺的研究还很落后，因此必须加强售后技术服务及产品的推广应用 [5]。 丙烯酸涂料的 性能特点及 分类 具有优良的色泽，可制成透明度极好的水白色清漆和纯白的白磁漆； 耐光、耐候行好，户外暴晒耐久性强，在紫外线照射下不易分解或变黄，能长期保持原 有的光泽及色泽； 耐热、耐过热烘烤，在 170℃温度下不分解、不变色，在 230℃左右或更高的温度下仍不变色； 耐腐蚀 ， 有较好的耐酸碱、盐、油脂、洗涤剂等化学品的沾污及腐蚀性能。 装饰性能强。 涂层丰满 ， 平整光亮、耐磨擦、易去污、耐冲击 ， 色彩多样，美观悦目 ； 施工方便，常温固化。 涂层既可在 5～ 40℃ 条件下固化成膜，也可在 60～ 80℃条件下烘烤 30 分钟成膜，对金属、水泥表面、砖石、木材、塑料制品均有良好附着力 ； 可制成中性涂料，可调入铜粉、铝粉，使其具有金银一样光耀夺目的色泽，不会变暗 ； 长期贮存不变质。 广东石油化工学院 本科毕业设计： 年产 2020 吨 丙烯酸涂料工厂设计 6 总之，丙烯酸类聚合物综合性能良好，而在耐候性能方面，则是除有机硅、有机氟以外，最为优秀的另一大类高分子聚合物。 丙烯酸涂料的 分类 丙烯酸树脂涂料的种类很多，按树脂的特性、成膜方式、用途可以对其进行如下分类 ： (1)按成膜特性分类。 按丙烯酸树脂涂料成膜特性，丙烯酸树脂涂料分为热塑性和热固性两大类。 热塑性丙烯酸酯涂料由丙烯酸树脂溶于有机溶剂制得，如丙烯酸清漆、丙烯酸磁漆，带溶剂挥发后，形成美观而坚固的涂膜。 热固性丙烯酸酯涂料则是通过自交联或与环氧树脂、氨基树脂、异氰酸酯等交联（常温或 烘干）完成成膜过程，交联使漆膜变成巨大的网状结构，提高了涂膜多方面的物理性能及防腐蚀、耐化学品性能。 (2)按丙烯酸树脂涂料用途分类。 按丙烯酸树脂涂料的应用可以分为： ① 木器用丙烯酸树脂涂料； ② 建筑用丙烯酸树脂涂料； ③ 汽车用丙烯酸树脂涂料； ④ 工业防腐蚀用丙烯酸树脂涂料 ； ⑤ 塑料表面用丙烯酸树脂涂料； ⑥ 家电用丙烯酸树脂涂料 ； ⑦ 顶涂装用丙烯酸树脂涂料。 (3)按丙烯酸树脂涂料形态分类。 按丙烯酸树脂聚合物的形态和性质分为三种：溶剂型、水性、无溶剂型。 如表 11 表 11 丙烯酸酯涂料按形态分类 涂料类别 干 燥条件 代表性品种 溶剂型 传统溶剂型 自干（加热） 丙烯酸清漆 加热 丙烯酸氨基涂料、封闭型丙烯酸聚氨酯 常温 双组份丙烯酸聚氨酯 高固体分 自干（加热） 高固体分丙烯酸氨基涂料 非水分散体 加热 丙烯酸非水分散体 水性 水溶性 自干（加热） 水溶性丙烯酸氨基涂料 水溶胶 常温（加热） 丙烯酸水溶胶 水乳胶 常温 丙烯酸水乳胶 加热 交联型丙烯酸乳胶 水厚浆 加热 水厚浆丙烯酸涂料 无溶剂型 辐射固化性 紫外线 紫外线固化丙烯酸涂料 电子束 电子束固化丙烯酸涂料 粉末型 加热 热固性丙烯酸粉末涂料 第一章 概述 7 丙烯酸 树脂改性技术发展 针对丙烯酸树脂涂料存在的抗污染性低，机械性能不够好等缺陷 ， 利用有机硅、有机氟、环氧树脂、聚氨酯、纳米材料等对丙烯酸树脂进行改性 ， 赋与它不同的新性能，能够较好的提高丙烯酸树脂涂料的性能 ， 国内报道的文献较多。 纳米材料改性 纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可以使材料获得新的功能。 涂料中添加纳米颜填料后 ， 由于纳米颜填料粒子能够吸收紫外光 ， 起到紫 外光吸收剂的作用 ， 增强涂料的耐老化性能 ， 同时还具有光催化性能、疏水疏油性能、高韧性、高耐擦洗性、高附着力等 ， 故可使涂料的耐候性得到大幅度的提高。 近年来，随着纳米科技的快速发展 ， 纳米材料已广泛地应用于丙烯酸树脂改性，使其各项性能获得提高。 除此之外 ， 纳米材料改性的丙烯酸树脂还呈现出如自清洁、抗静电、抗菌杀菌和吸波隐身等特殊性能 ， 使丙烯酸酯乳液向着环保方向发展。 纳米材料改性丙烯酸树脂的开发已成为近年来国内外研究的新热点 [6]。 SPGumfekar 等用甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸正丁酯 /纳米 CaCO3（平均粒径 53 nm）进行原位乳液聚合，制成 P（ MMABA）的纳米复合乳液 ， 以不同的比例和醇酸乳液杂化改性，除了耐冲击性能有点弱化外，涂膜的光泽、附着力、硬度均有明显改进。 试验证实，在 MMA∶ BA=1∶ 1， 纳米 CaCO3用量 4%， 醇酸乳液占 50%（均为质量分数）的配方，可以获得最佳性能。 马国章等利用纳米 SiO2 表面上的 SiOH 和异佛尔酮二异氰酸酯（ IPDI）、聚丙二醇、丙烯酸羟乙酯进行原位聚合，制备纳米 SiO2 /PU丙烯酸酯聚合物 ， 纳米材料分散好 ， 无团聚 ， 可以 UV 固化 ， 改进了涂膜的耐热性和硬度。 丙 烯酸 醇酸树脂杂化改性 对水性醇酸树脂涂料改性的研究工作 ， 以丙烯酸改性为多。 用丙烯酸改性水性醇酸树脂，希望能综合醇酸乳液的高光泽和对木材等底材渗透性好、丙烯酸乳液的快干和保光保色性好的优点 ， 克服醇酸乳液干燥慢等缺点。 如果将丙烯酸乳液和醇酸乳液采取简单的机械混和，也不采取其他措施 ， 搅拌停止后就会很快分层。 采用杂化（ hybrid）工艺 ， 可以较好克服这个弱点。 近年来 ， 国内外对丙烯酸 醇酸乳液树脂杂化改性的报道较多 ， 可以是在醇酸树脂低聚物存在下 ， 丙烯酸单体进行聚合，然后乳化；也可以是丙烯酸乳液存在下，滴加醇酸树脂低 聚物进行聚合。 可以是常规乳液聚合，也可以借助添加低相对分子质量的 PMMA 进行细乳液聚合，以进一步提高体系的稳定性和涂膜的性能 [7]。 广东石油化工学院 本科毕业设计： 年产 2020 吨 丙烯酸涂料工厂设计 8 UV 固化水性丙烯酸系涂料的改进 (1) 紫外光（ UV）固化丙烯酸酯涂料 [8] UV 固化涂料具有高涂装效率、低 VOC、较好性能的优点，发展较快。 有阴离子固化和阳离子固化 两 种类型，而以前者应用较多。 树脂分子中含丙烯酰氧基是产生自由基、进行 UV 固化的前提。 常用的品种有丙烯酸 聚酯、丙烯酸 环氧、丙烯酸 聚氨酯、丙烯酸 有机硅等。 以丙烯酸 环氧消费量高，如 2020 年全国生产与消费 UV 固化树脂 t，丙烯酸 环氧树脂占 t，几占一半。 为提高 UV 固化涂料的耐候性、抗沾污性、化学抗性，用氟材料改性 UV 固化丙烯酸的研究较多 ， 技术途径多样。 氟化丙烯酸酯如全氟烷基乙基丙烯酸酯已商品化，从它出发可以制含氟的 UV 固化的丙烯酸酯涂料、丙烯酸 环氧涂料，可以明显提高耐候性和抗沾污性。 氟化多元醇和多异氰酸酯反应制成端 NCO 预聚物，再引入丙烯酰氧基，可制成 UV 固化聚氨酯 丙烯酸酯涂料 [9]。 也可用氟化多异氰酸酯合成丙烯酸 聚氨酯 UV 固化涂料，只是氟化多异氰酯单体成本 高，影响产业化。 有 研究表明 ，利用含 Si— H 键的有机硅单体和氟化丙烯酸酯的双键进行硅氢化加成反应，同时进行含氟硅材料改性，制成可 UV 固化的涂料， 可以 提高涂料的耐性和耐热性能。 纳米二氧化硅改性聚氨酯 丙烯酸涂料，经 UV 固化，可提高涂膜的热稳定性、硬度、耐磨性和化学抗性 [10]。 (2)UV 固化水性丙烯酸涂料的改进 [11] 围绕 UV 固化水性丙烯酸 聚氨酯树脂的改进，张胜文等用纳米 SiO2和聚氨酯丙烯酸反应制成纳米复合乳胶液，经分析证实，纳米粒子在乳液分散体中无团聚现象，对UV 固化涂膜的微结构进 行分析与观察，纳米粒子均匀地分散在聚氨酯 丙烯酸的基体中，为改进涂膜的热稳定性、硬度等性能提供了前提。 褚夫强等分别合成聚氨酯 丙烯酸与环氧 丙烯酸两种水分散体，然后混合使用，相混性良好， UV 固化速度提高 ； 加入 20%（质量）的聚氨酯 丙烯酸水分散体，涂膜的断裂伸长率可提高 倍，光泽也大为提高。 基本上能达到优势互补，可综合二者的优点，能明显提高综合性能。 闵绍进等分别合成环氧 丙烯酸乳液和环氧乳液 ， 将二者按一定比例混合，利用 UV 和热双重固化工艺，涂膜硬度可达 3H， 提高了耐水性、附着力、耐擦洗性能。 丙烯 酸树脂不仅是涂料的成膜基料，亦可作为颜填料在涂料中的润湿分散剂，丙烯酸涂料的前景非常诱人。 水性和 UV 固化的丙烯酸树脂及涂料发展很快，产量在低污染涂料中名列前茅。 氟硅材料、纳米材料改性、多重复合、双重固化等技术研究与应用，不仅明显改进水性丙烯酸涂料和 UV 固化丙烯酸涂料的性能，而且为进一步研究开发质量更高的复合型丙烯酸系树脂及涂料展示了广阔的途径。 丙烯酸涂料的未来发展 第一章 概述 9 丙烯酸树脂涂料已经开发出众多品种，其应用也日益扩大。 随着新技术的发展和渗透，涂料的品种必将不断更新和拓展。 丙烯酸树脂是重要的涂料 工业用成膜物质，其今后的发展仍将呈加速增长趋势。 其中水性丙烯酸树脂（包括乳液型和水可稀释型）的研究、开发、生产及应用将更加受到重视；高固体份丙烯酸树脂和粉末涂料用丙烯酸树脂也将占有一定的市场份额；同时，氟、硅单体改性、聚氨酯改性、环氧树脂改性、醇酸树脂改性以及纳米材料改性的丙烯酸树脂在一些高端及特殊领域的应用会得到进一步的推广。 广东石油化工学院 本科毕业设计： 年产 2020 吨 丙烯酸涂料工厂设计 10 第二章 生产配方及原材料的选定 配方设计机理 配方设计是开发新产品，向用户提供涂膜性能满意的涂料产品，同时 也是 保证涂料成本合理的重要环节。 在设计丙烯酸涂料配方之前， 首先调查清楚用户对涂料和涂膜性能的要求，同时要调查了解用户的前处理工艺、回收涂料方式、自动化程度、烘烤炉的加热方式、输出链运转速度、烘烤温度和试剂等情况，以便设计的丙烯酸涂料配方能够满足用户的涂装设备和工艺条件的要求。 其次是调查了解涂装产品的用途 ， 是在户内还是户外 ， 被涂物的材质、涂膜物理机械性能和耐化学介质等性能要求。 同时还要了解喷涂的涂膜厚度，外观平整性要求和单位面积喷涂的用量等 ， 以便设计丙烯酸涂料配方时考虑树脂熔融粘度、反应活性和颜填料的百分含量等问题 [12]。 原料的分析选定 树脂的选用 与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料具有价格低、使用安全，节省资源和能源，减少环境污染和公害等优点，因而已成为当前发展涂料工业的主要方向。 水性丙烯酸树脂涂料是水性涂料中发展最快、品种最多的无污染型涂料。 水性丙烯酸树脂包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体（亦称水可稀释丙烯酸）及丙烯酸树脂水溶液。 乳液主要是由油性烯类单体乳化在水中在水性自由基引发剂引发下合成的，而树脂水分散体则是通过自由基溶液聚合或逐步溶液聚合等不同的工艺合成的。 从粒子粒径看：乳液粒径 树脂水分散体粒径 水溶液粒径。 从应用 来 看以前 两者最为重要。 丙烯酸水性漆可分为水分散型和水溶性两大类，前者是以水乳胶或水溶胶为基质的涂料。 水溶性丙烯酸酯涂料采用具有活性可交联官能基团的共聚树脂制成，多系热固性涂料，在制漆时外加或不加交联树脂，使活性官能团间在成膜时交联而成体型结构的漆膜。 中和成盐的丙烯酸树脂能溶于水 ， 但其水溶性并不很强，常常形成乳浊状的液体或是粘度很高的溶液，所以在水溶性树脂中必须加入一定比例的亲水助溶剂来增加树脂的水溶性 [13]。 第二章 生产配方及原材料的选定 11 聚酯树脂是分为饱和聚酯树脂和不饱和聚酯树脂。 涂料行业最常用的饱和聚酯树脂是含端羟基官能团的聚酯树脂，通 过与异氰酸酯、氨基树脂等树脂交联固化成膜。 不同的原料对树脂性能作出不同的贡献，选择原料时要 针对 树脂的性能要求，选择相应的能对树脂所要求性能有帮助的原料，从提供官能度、硬度、 柔韧 性等多方面来考虑。 水性饱和聚酯树脂具有较好的表面干固性能，可以提高涂料涂覆后的干固速度，减少涂料流动产生涂层不均匀的现象。 颜料 颜料不仅可以美化塑料管材的外观，而且兼有抗氧、耐热、耐光和稳定作用。 主要品种有： 珠光粉、 钛白粉、炭黑等。 珠光粉又名珠。