Wat is een onverzadigde harsreactor: UPR-proces, ontwerp en toepassingen

Wat is een onverzadigde harsreactor: UPR-proces, ontwerp en toepassingen

Het beantwoorden van de kernvraag:Wat is een onverzadigde harsreactor?Een onverzadigde harsreactor is een verwarmd, geroerd vat, normaal gesproken van 316L roestvrij staal, voorzien van een fractioneringskolom en een condensator.met een gewicht van niet meer dan 50 kg,Ten eerste polycondensatie: een mengsel van dibasinezuur van maleïneanhydride en ftalaanhydride of isoftalazuur wordt gereageerd met een glycol, meestal propyleenglycol, bij 190 tot 220 °C,het elimineren van ongeveer 10-14% van de lading als water totdat de zuurgraad de doelwaarde bereikt, typisch 15-35 mg KOH/g. Ten tweede verdunning: het hete polyester wordt in styrenmonomeer gedropt bij 70-90°C om een oplossing van 30-45% styren te verkrijgen met een viscositeit van 300-800 cps bij 25°C.Het styreen is zowel een oplosmiddel als het monomeer dat later de composiet hersteltDaarom moet het vat ook een reactieve, ontvlambare monomeer met remmercontrole en strikte temperatuurgrenzen behandelen.

1Het tweefasige UPR-proces en wat het beheert

Elke fase heeft een andere chemie, verschillende gevaren en een andere eindtest:

• Polycondensatie en waterverwijdering:De eerste fase is een omkeerbare esterificatie, waarbij maleïneanhydride en ftalaanhydride reageren met propyleenglycol en een polyesterketen vormen.het vrijgeven van water dat voortdurend moet worden verwijderd om het moleculaire gewicht te verhogenDe reactor is uitgerust met een gepakte of in een tray geplaatste fractioneringskolom op de stoomuitgang, omdat de stoom die bij 190 tot 220°C wordt afgevoerd, niet zuiver water is, maar een mengsel dat rijk is aan glycol.die bij 188°C kookt en waardevol is en in de reactor moet worden teruggestuurdDe kolom scheidt water boven de kolom van glycol, dat terugstroomt; de efficiëntie van de kolom bepaalt dus direct zowel het glycolverbruik als de reactietijd.Een inert gas van stikstof bij een lage snelheid helpt bij het verwijderen van water enHet belangrijkste is dat de dampruimte zuurstofvrij blijft, waardoor oxidatieve kleurvorming en vroegtijdige vergeling bij temperatuur voorkomen.
• Zuurwaarde en eindpunt:De reactie wordt bij de analyse gestopt in plaats van op tijd; de monsters worden om de één tot twee uur bij het einde van de partij genomen en getitreerd op de zuurwaarde.uitgedrukt in milligram KOH per gram harsDe hydroxylwaarde wordt parallel gevolgd, omdat het verschil tussen de twee de gemiddelde ketenlengte aangeeft.en de viscositeit van de eindhars daaruit volgt- te vroeg stoppen, dan ontstaat een zacht, laag gehard product met een slechte waterbestendigheid; te ver gaan, dan loopt het risico dat de reactor gelaat wordt, wat een ernstige en dure gebeurtenis is;aangezien de gegelde massa handmatig moet worden gesnedenVeel planten schetsen daarom de zuurwaarde tegen de tijd en kijken naar de snelheid van verandering, omdat de reactie vertraagt naarmate de zuurwaarde daalt en een platte curve waarschuwt dat het eindpunt nabij is.
• Cis-Trans isomerisatie en harsreactiviteit:Een subtiele maar commercieel belangrijke reactie loopt door: maleïneestereenheden in de keten isomeriseren tot de trans, of fumarate, vorm bij polycondensatietemperatuur.Dit is van belang omdat fumarate groepen veel gemakkelijker met styrene copolymeriseren dan maleate groepen., dus de mate van isomerisatie bepaalt rechtstreeks de reactiviteit en de hardingssnelheid van de eindhars, en dus de geltijd en de exothermie van het composiet.Isomerisatie wordt begunstigd door hogere temperatuurDaarom kunnen twee harsen met dezelfde zuurgraad en viscositeit met verschillende snelheden koelen.en waarom de thermische geschiedenis van de partij net zo belangrijk is als de eindanalysePlanten beheersen het door het temperatuurprofiel vast te stellen en door het isomergehalte te meten waar de graad dit vereist.
• Styreenverdunning en remmercontrole:De tweede fase is fysiek eenvoudig en chemisch gevaarlijk: heet polyester wordt bij ongeveer 180-200°C in een verdunningsvat met styrenmonomeer gedropt,en het mengsel wordt afgekoeld tot 70-90°C en gemengd tot een homogene oplossingDe risico's zijn drievoudig. Styreen kookt bij 145 °C, dus het invoeren van hete hars veroorzaakt een krachtig kookproces als de toevoeging te snel is. Styreen polymeriseren spontaan boven ongeveer 100 °C tenzij geremd,en de remmer, meestal hydrochinon of een vervangende catechol bij 100-300 ppm, wordt in de loop van de tijd verbruikt en is alleen effectief met opgeloste zuurstof aanwezig.Dus de tank heeft een jas en een condensator nodig.Verdunningsvaten zijn daarom ontworpen met een grote dampruimte, een noodkoelsysteem, een onderkant van een dumptank en strikte procedures op het niveau van de remmer en op opgeloste zuurstof.

2. Engineering een onverzadigde hars reactor

Vier ontwerpkenmerken scheiden een speciaal gebouwde UPR-reactor van een harsvat voor algemeen gebruik:

• Uniformiteit van het verwarmingssysteem en de temperatuur:UPR-polykondensatie verloopt bij 190-220°C, wat hoger is dan de praktische grens van stoom bij economische druk, zodat de reactor wordt verwarmd door een circulerende warmteoverdrachtvloeistof,meestal een eutecticum van bifenyldifenyloxide, of door middel van een onder druk geplaatst warmwater- of thermisch-olie-systeem, door een halfpijpspoel of een voor de druk van de vloeistof gemeten kuiltje.Eenvormigheid is van belang omdat het vat zowel een hete bodemoppervlakte als een koelere bovenkant heeftHet ontwerp van het systeem is gebaseerd op de opvatting dat het materiaal dat condenseert en terug loopt langs de muur, wordt blootgesteld aan temperaturen die lokale vergeling kunnen veroorzaken.een agitator met wandskrapers of een nauwvrij staande anker, en een lage wandtemperatuurgradiënt die wordt bereikt door een hoge circulatie van het verwarmingsmiddel in plaats van door een hoge voedingstemperatuur.
• Kolom, condensator en vacuüm:Het dampsysteem van een UPR-reactor is het verschil tussen een batch van twaalf en dertig uur.Een verpakte kolom van 3-6 theoretische fasen op de dampuitgang geeft glycol terug terwijl water boven de kop passeert, en moet worden ontworpen voor een dampbelasting die in het begin van de partij een piek bereikt, wanneer de waterontwikkelingssnelheid het hoogst is, en vervolgens daalt.De bovencondensator wordt gevolgd door een separator of een ontvangend vat waarin de waterlaag wordt afgetrokken en gemeten., aangezien de snelheid van wateropvang een real-time indicator is van de voortgang van de reactie.Veel planten beëindigen de batch onder een bescheiden vacuüm van 400-700 mbar om het laatste water weg te drijven zonder de temperatuur hoger te duwen, waarbij het vat, de kolom en de condensator moeten worden gemeten voor volledig vacuüm.
• Agitatie in het viscositeitsbereik:De inhoud verandert volledig van karakter tijdens de partij, beginnend als een dun mengsel van gesmolten anhydride en glycol, die verdikt naarmate de keten groeit,en vervolgens opnieuw scherp verdunnen wanneer styrene wordt toegevoegdDe roermachine moet dus over een breed bereik werken, maar is gewoonlijk een een- of tweesnelheidsmachine met een turbine of een gecombineerde anker-turbine-opstelling.omdat de uiteindelijke viscositeit vóór verdunning matig isDe verwateringstoel is een apart vat met een eigen roermachine.,geoptimaliseerd voor het vermengen van een hete viskeuze stroom in een monomeer met een lage viscositeit, zonder dat er een wervel ontstaat die lucht opneemt, aangezien de lucht in het afgewerkte laminaat bubbels veroorzaakt.
• Materialen, afwerking en zuiverheid van het product:316L roestvrij staal is de standaard voor UPR-reactoren, omdat de reagentia licht zuur zijn en omdat ijzerverontreiniging kleur veroorzaakt en de opslagstabiliteit van de hars vermindert.Gespannen naden worden glad gemalen en het vat wordt vaak gepassiveerd; interne spoelen of buffers worden zoveel mogelijk vermeden omdat zij stagnerende gebieden creëren waar gel kan ontstaan.en het onderste uitlaatklep moet worden gemonteerd met water in plaats van een ingespannen ontwerpHet hele systeem moet zodanig worden ontworpen dat een gelade partij kan worden verwijderd, wat meestal een grote bovenste loopbaan betekent enin ernstige gevallen, voorzien van oplosmiddel die onder reflux kookt om de gel te verzachten.

Niet-verzadigde harsreactorprocesfasen Vergelijkingsmatrix

Vaak gestelde vragen (FAQ)

V: Wat is het verschil tussen een onverzadigd en een verzadigd polyesterhars?

Het verschil is dat er dubbele koolstof-koolstofbindingen in de polymeren ruggengraat zitten, en dat verandert de manier waarop het materiaal wordt gebruikt.die reactieve dubbele bindingen langs de keten introduceertDeze reageren niet tijdens de harsvervaardiging, maar worden later gekruist met styrenmonomeer wanneer de hars met een peroxide-initiator wordt gehard.om de vloeibare hars te veranderen in een stijf, thermoset vaste stofDaarom is onverzadigd polyesterhars het matrixmateriaal voor glasvezelcomposites, scheepsrollen, tanks en panelen.is een thermoplastisch, en wordt gebruikt in coatings, poedercoatings en lijmstoffen.terwijl een verzadigde harsreactor dat niet doet.

V: Wat is de zuurwaarde en waarom is het de belangrijkste test?

A: Zuurwaarde is het aantal milligram kaliumhydroxide dat nodig is om de vrije carboxylzuurgroepen in één gram hars te neutraliseren.bepaald door een gewogen monster op te lossen en te titreren met standaard alcoholische KOHHet is de belangrijkste test omdat het meet hoe ver de polycondensatie is gegaan: de zuurgroepen worden verbruikt naarmate de keten groeit, dus een dalende zuurwaarde betekent een stijgend moleculair gewicht.Het doel is afhankelijk van de graadHet praktische belang is drievoudig: de zuurgraad hangt samen met de viscositeit en dus de hantering van de hars,het bepaalt de waterdichtheid en de chemische weerstand van het geharde product, aangezien de restzuurgroepen hydrofilisch zijn, en het is snel genoeg, ongeveer tien minuten, om de partij op het juiste punt te stoppen in plaats van te vertrouwen op een vaste kooktijd.

V: Waarom wordt styrene gebruikt in onverzadigde polyesterhars?

Styreen vervult twee functies tegelijk. Het is een oplosmiddel dat de viscositeit van het nette polyester verlaagt van duizenden poise naar een werkbare 300-800 cps zodat de hars kan worden gespoten,met een gewicht van niet meer dan 30 g/m2En het is de kruisverbindende monomeer: tijdens de verharding genereert de peroxide initiator vrije radicalen die zowel de styrene dubbele binding als de fumarate dubbele binding in de polyester ruggengraat openen,een rigide driedimensionale netvormingAangezien styrene in plaats van verdampt te worden in de eindvaste stof wordt opgenomen, wordt het geclassificeerd als een reactief verdunningsmiddel.Daarom wordt het ook gereguleerd voor de uitstoot van vluchtige organische verbindingen en worden ook formules met een laag gehalte aan of zonder styrine ontwikkeld.Het typische styrengehalte bedraagt 30 tot 45%, en de verhouding wordt bepaald door de vereiste viscositeit en de dwarsbanddichtheid, en dus de stijfheid en hittebestendigheid, van het geharde laminaat.

V: Wat veroorzaakt vroegtijdige bevriezing in een onverzadigde harsreactor?

A: Vier oorzaken, in volgorde van frequentie. Verlies van remmer: de hydrochinon- of catecholremmer wordt continu ingenomen en is alleen effectief wanneer opgeloste zuurstof aanwezig is,dus als de stikstofsparge tijdens het verdunnen te lang wordt gelaten, of indien de remmer onderbelast was, daalt het zuurstofgehalte en begint de polymerisatie.dus het toevoegen van het hete polyester te snelVerontreiniging: sporen van peroxide-initiator, van een radicaalverwekkende verontreinigende stof,of van een metaal, zoals koper of ijzer, de polymerisatie drastisch versnellen. en langdurige temperatuurbehoud: elke hars heeft een eindige levensduur bij een verhoogde temperatuur, en een partij die vele uren na het eindpunt bij 190 tot 220°C wordt gehouden, zal gelen.Preventie is evenzeer procedurele als mechanische: geverifieerde remmerladingen, opgeloste zuurstofcontroles, temperatuurvergrendelingen op de verdunningstank en een noodafvoertenk eronder.