专利名称：利用分子蒸馏技术进行提纯双酚a分子环氧树脂的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于双酚A分子环氧树脂的提纯技术领域，具体涉及一种利用分子蒸馏技 术进行提纯双酚A分子环氧树脂的方法及装置。
背景技术：
环氧树脂是一种重要的热固性树脂品种，其特点是具有优良的电绝缘性能、耐化 学腐蚀性能、良好的化学稳定性和粘接强度高等特性，可广泛应用于化工、轻工、机械、电 工、水利、交通、家电、汽车、信息工业和宇航工业等。环氧树脂中最具代表性的品种是双酚 A二缩水甘油醚(DGEBA)，在世界范围内其产量占环氧树脂总产量的75%以上。它的应用遍 及各个领域，是多种功能性环氧树脂的基础原料，因此被称为通用型环氧树脂。普通市售双 酚A环氧树脂主要是由不同聚合度双酚A环氧树脂组成的混合物。在环氧酸酐绝缘漆体系 中，由于存在杂质及多聚体双酚A环氧树脂中含有的羟基，导致环氧酸酐树脂体系的储存 稳定性降低，缩短树脂使用周期。为了提高环氧酸酐体系的储存稳定性，延长体系的存储时 间和使用寿命，可以采用高纯度双酚A分子环氧树脂来配制环氧酸酐绝缘漆体系。这就需 要对双酚A环氧树脂进行分离提纯。分子蒸馏是一种特殊的液_液分离技术，能在极高真空下操作，它依据分子运动 平均自由程的差别，能使液体在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏 性及易氧化物系的分离。所谓分子运动自由程就是一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经 过的路程。在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很 低，且使冷凝表面靠近蒸发表面，其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时，从蒸发表 面汽化的蒸气分子，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。由于其具有蒸馏温 度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点 物料的分离成本，极好地保护了热敏性物质的特点品质。分子蒸馏设备，目前应用较广的为 离心薄膜式和转子刮膜式。虽然分子蒸馏技术应在现代工业的一些领域方面有应用，然而，由于分子蒸馏设 备属于专用设备，其制备成本高昂、技术要求等难度高，目前尚未发现双酚A分子环氧专用 分子蒸馏设备及其应用。本发明为此而来。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树脂的方 法，解决了现有技术中双酚A分子环氧树脂稳定性差、难以进行提纯等问题。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是—种利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树脂的方法，其特征在于所述方 法包括以下步骤(I)以市售双酚A环氧树脂为原料通过薄膜蒸馏器分离去除市售双酚A环氧树脂
3中的轻质分子，得到薄膜蒸馏段的重质组分；(II)以薄膜蒸馏段的重质组分为原料在分子蒸馏器中分离去除高沸点多聚体双 酚A环氧树脂得到分子短程蒸馏段提纯后的双酚A分子环氧树脂。优选的，所述方法中步骤⑴市售双酚A环氧树脂的环氧值在0. 51 0. 54之间。优选的，所述方法步骤(I)中薄膜蒸馏器进行分离的条件包括市售双酚A环氧树 脂以800-2000ml/min的流速流入薄膜蒸馏器，所述薄膜蒸馏器内真空度保持为10_100Pa， 温度保持为150-200°C。优选的，所述方法中步骤(I)还包括市售双酚A环氧树脂在流入薄膜蒸馏器前进 行原材料脱气处理，脱气处理的温度在150-200°C，真空度lO-lOOPa。优选的，所述方法步骤(II)中进行分子短程蒸馏处理的条件包括薄膜蒸馏段的 重质组分以600-1500ml/min的流速流入分子蒸馏器，所述分子蒸馏器内真空度保持为 10-50Pa，温度保持为 180-250°C。本发明的另一目的在于提供一种利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树 脂的分离装置，包括薄膜蒸馏器和分子蒸馏器，其特征在于所述薄膜蒸馏器上端通过管路 与薄膜段轻组分罐连接，所述薄膜蒸馏器下端通过薄膜段重组分罐连接分子蒸馏器；所述 分子蒸馏器分别连接分子段轻组分罐和分子段重组分罐。优选的，所述薄膜蒸馏器和分子蒸馏器外侧均设置导热油进口和导热油出口，当 分离装置工作时，导热油从导热油进口进入，从导热油出口导出对薄膜蒸馏器或分子蒸馏 器进行加热。优选的，所述薄膜段重组分罐与分子蒸馏器间设置分子段控制阀，当薄膜段重组 分罐累积到一定量时，分子段控制阀打开薄膜段重质组分进入分子蒸馏器。优选的，所述装置还包括抽真空装置，所述抽真空装置通过管路分别连接薄膜蒸 馏器和分子蒸馏器。优选的，所述装置还包括温度控制装置，所述温度控制装置通过管路分别连接薄 膜蒸馏器和分子蒸馏器。本发明的分离设备可用于双酚A环氧树脂进行分离，提纯制取的双酚A分子环氧 树脂的环氧值在0.51-0. 54之间。本发明技术方案采用分子蒸馏方法从普通市售双酚A环氧树脂中制备双酚A分 子环氧的方法，包含两个分离阶段薄膜蒸馏阶段，其目的在于去除低沸点原料、溶剂等小 分子；而分子短程蒸馏阶段，目的在于分离高沸点多聚体双酚A环氧树脂，得到产品双酚 A分子环氧树脂。当然优选的，薄膜蒸馏阶段需要进行原材料前处理，即脱气处理，温度 150-200°C，真空度 IO-IOOpa0本发明技术方案应用的市售双酚A环氧树脂的环氧值在0.51 0.54之间；薄膜 蒸馏阶段时，市售双酚A环氧树脂以800-2000ml/min的流速流入真空度保持为10_100Pa， 温度保持为150-200°C的薄膜蒸馏段，去除低沸点原料、溶剂等小分子。分子短程蒸馏分离 阶段时，薄膜蒸馏段重质组分以600-1500ml/min的流速流入真空度保持为10_50Pa，温度 保持为180-250°C的分子短程蒸馏段，去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂，得到产品双酚A 分子环氧树脂。本发明为了得到高纯度双酚A分子环氧树脂，必须先去除普通市售双酚A环氧树
4脂中的轻质组分杂质和含有醇性羟基的双酚A环氧多聚体重质组分。本发明优选采用转子 刮膜式分子蒸馏的方法，可生产出纯度高，成本低的双酚A分子环氧树脂。优选采用的转子 刮膜式分子蒸馏方法包括以下两个分离阶段薄膜蒸馏阶段，去除低沸点原料、溶剂等小分 子；分子短程蒸馏阶段，去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂，得到产品双酚A分子环氧树脂。 薄膜蒸馏段轻组份和分子短程蒸馏段重组份，可用于普通含环氧树脂绝缘漆体系使用。分 子蒸馏过程无废弃物，污染物排放，无环境污染。本发明优选采用的转子刮膜式分子蒸馏过程的两个分离阶段具体实施过程和作 用如下薄膜蒸馏阶段，市售双酚A环氧树脂以800-2000ml/min的流速流入真空度保持为 lO-lOOPa，温度保持为150-200°C的薄膜蒸馏段，去除低沸点原料、溶剂等小分子；分子短 程蒸馏阶段，薄膜蒸馏段重组份以600-1500ml/min的流速流入真空度保持为10_50Pa，温 度保持为180-250°C的分子短程蒸馏段，去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂，得到产品双酚 A分子环氧树脂。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是经本发明技术方案的方法进行提纯分离，获得的双酚A分子环氧树脂的环氧当量 在169 176之间。通过分子蒸馏方法制备得到的双酚A分子环氧纯度高，收率大，成本低。综上所述，本发明公开一种采用分子蒸馏方法从普通市售双酚A环氧树脂中制 备双酚A分子环氧树脂的方法，包括以下两个分离阶段薄膜蒸馏阶段，市售双酚A环氧 树脂以800-2000ml/min的流速流入真空度保持为10_100Pa，温度保持为150_200°C的 薄膜蒸馏段，去除低沸点原料、溶剂等小分子；分子短程蒸馏阶段，薄膜蒸馏段重组份以 600-1500ml/min的流速流入真空度保持为10_50Pa，温度保持为180-250°C的分子短程蒸 馏段，去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂，得到产品双酚A分子环氧树脂。通过分子蒸馏方 法制备得到的双酚A分子环氧纯度高，收率大，成本低。薄膜段轻组份和分子段重组份，可 用于普通含环氧树脂绝缘漆体系使用。分子蒸馏过程无废弃物，无污染物排放，无环境污
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下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1为本发明实施例3双酚A环氧树脂用分子蒸馏提纯分离设备的结构流程图；其中1为薄膜蒸馏器，2为分子蒸馏器，4为抽真空装置；5为样品提供装置；11为 薄膜段轻组分罐；12为薄膜段重组分罐；21为分子段轻组分罐；22为分子段重组分罐；31 为导热油进口 ；32为导热油出口 ；33为分子段控制阀；34为冷水机组。
具体实施例方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例1某市售双酚A环氧树脂的分子蒸馏提纯某市售双酚A环氧树脂，环氧值0. 522，敞口置于150°C烘箱保温12h以上。按照 标准作业，检查分子蒸馏系统、将熔融原料加入原料罐。薄膜蒸馏阶段，以1000 士 IOOml/min的流速流入真空度保持为50士5Pa，温度保持为175士5°C，去除低沸点原料、溶剂等小 分子；分子短程蒸馏阶段，薄膜蒸馏段重质组分以900士50ml/min的流速流入真空度保持 为20士5Pa，温度保持为200士 10°C的分子短程蒸馏段，去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂， 得到产品双酚A分子环氧树脂。经检测，制得的双酚A分子环氧树脂环氧当量为171. 1。实施例2某市售双酚A环氧树脂的分子蒸馏提纯某市售双酚A环氧树脂，环氧值0. 532，敞口置于150士2°C烘箱保温12h以上。按 照标准作业，检查分子蒸馏系统、将熔融原料加入原料罐。薄膜蒸馏阶段，以1400士 IOOml/ min的流速流入真空度保持为60士5Pa，温度保持为190士5°C，去除低沸点原料、溶剂等小 分子；分子短程蒸馏阶段，薄膜蒸馏段重质组分以1100士50ml/min的流速流入真空度保持 为15士5Pa，温度保持为220士 10°C的分子短程蒸馏段，去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂， 得到产品双酚A分子环氧树脂。经检测，制得的双酚A分子环氧树脂环氧当量为170.8。实施例3分子蒸馏提纯分离设备如图1所示，该利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树脂的分离装置，包括 样品提供装置5、薄膜蒸馏器1、分子蒸馏器2、抽真空装置4、温度控制装置，所述薄膜蒸馏 器1上端通过管路与薄膜段轻组分罐11连接，所述薄膜蒸馏器1下端通过薄膜段重组分罐 12连接分子蒸馏器2 ；所述分子蒸馏器2分别连接分子段轻组分罐21和分子段重组分罐 22。薄膜段重组分罐12与分子蒸馏器2的管路上可以设置流量控制观测孔进行人工观察 流量变化。所述样品提供装置5包括两个并列的高位粗品罐(A、B)，所述高位粗品罐通过管 路与抽真空装置连接，当启动抽真空装置，环氧树脂可分别被抽入高位粗品罐。所述样品提 供装置5通过进料阀与薄膜蒸馏器连接。所述高位粗品罐与薄膜蒸馏器可设置流量计进行计量。所述温度控制装置通过管路分别连接薄膜蒸馏器1和分子蒸馏器2。所述温度控 制装置包括设置薄膜蒸馏器1和分子蒸馏器2外侧的导热油加热器以及设置在管路上的冷 水机组34，所述薄膜蒸馏器1和分子蒸馏器2外侧均设置导热油进口 31和导热油出口 32， 当分离装置工作时，导热油从导热油进口 31进入，从导热油出口 32导出对薄膜蒸馏器1或 分子蒸馏器2进行加热。所述薄膜段重组分罐12与分子蒸馏器2间设置分子段控制阀33，当薄膜段重组分 罐12累积到一定量时，分子段控制阀33打开薄膜段重质组分进入分子蒸馏器。所述抽真空 装置4通过管路分别连接薄膜蒸馏器1和分子蒸馏器2。所述抽真空装置4包括真空泵组 Pl和真空泵组P2。本实施例中真空泵组Pl为真空机组；真空泵组P2为罗茨泵。真空泵组 P2专属为分子蒸馏阶段抽真空；而真空泵组Pl在分子蒸馏阶段可以为薄膜蒸馏器抽真空； 也可以通过负压抽区粗品原料到粗品罐中以及在分子蒸馏的分子段轻、重组分罐进行抽真 空处理。进行环氧树脂粗品提纯时，可以按照如下工艺进行1、原料的预处理和工艺准备将待用的环氧树脂倒入20公斤开口桶中，放入150°C烘房中保温至少12h。检查 装置中各阀门(特别是含真空管路阀门)是否处于合适位置，检查线路、管道、视镜等部位 是否有破损，并确定设备系统处于正常状态。
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2、具体运行过程开启系统冷却水阀门，调整冷却水流量至合理范围。全部开启电源，包括真空、温 控面板电源。启动Pi泵组的滑阀泵，打开通往原料罐的管道阀门。将环氧树脂分别抽入高 位粗品罐A和B，每个罐可以放90 100公斤(约20公斤开口桶4. 5桶)，待用。抽料毕，将真空管道切换到薄膜蒸馏系统，打开粗品罐A和B的放空阀，稍稍打开 加热阀，控制料温150°C，关闭加热阀，让其自然升温，使用中料温低于150°C时以同样方法 加温。将薄膜导热油入口阀门(约倒转阀门一圈半)；将控制面版上温度调整至150°C、待 温度稳定后再将控制面板温度调整至180°C。开启冷却机组开启总控制面板上冷却机组电源按钮；然后开启冷却机组自身电源开关；其次开 启冷却机组电源软按钮，设定温度上限-10°C、温度下限-16°c ；打开冷却液进、出口循环阀 门(两个)，开启冷却机组控制面版上的循环按钮，观察贮存箱中冷却液是否处于循环状 态；待冷却液持续正常循环运行10-20min后，开启控制面板上冷却按钮；将Pl真空机组切 换到薄膜蒸馏端，开启薄膜段搅拌；待薄膜段真空达到8. OX IO1Pa时，开启P2泵组的罗茨 泵，至薄膜段真空度达到8. 0 X IO0Pa ；确认薄膜段导热油进口温度已稳定在180°C，打开薄 膜段流量计上进料阀门，并通过流量计调整进料速度，一般可保持在lL/5min。薄膜蒸馏一 定时间，约1. 5h ；薄膜重组分罐已经积累了一定数量的馏分。将分子导热油入口阀门(约倒转阀门一圈半)；将控制面版上温度调整至150°C、 待温度稳定后再将控制面板温度调整至200 210°C。打开分子短程段真空阀门(包括所 有的对应成品贮料罐)，开启P2真空泵组滑阀泵；待薄膜段真空达到8. OX IO1Pa时，开启P2 泵组的罗茨泵，至分子短程段真空度达到8. OX 10°Pa ；开启分子短程段搅拌；打开薄膜与分 子段连接的阀门(通过两段相连的透镜对物料的流速进行目测，同时通过阀门调节物料的 流速至适量)，也可以控制分子段真空度5Pa以下。使用其中一组轻、重组分产品搜集罐，关闭另一组进料阀门；待轻、重组分罐中有 物料流进时，通过透镜观察生产是否处于正常状态。一组贮罐搜集产品将满时，切换到另一 组，之前先要对空罐预抽真空，可以将Pl泵暂时从薄膜段切换过来，这时可以临时关闭薄 膜段的进料，切换成功后，恢复薄膜段的正常进料。分子段的轻组分及时放入干净的桶中。重组分数量比较少，当储备满时可以换桶， 换桶时真空要补足，速度要快，否则会影响产品纯度和得率。运行结束生产结束时，关闭所有加热阀门；关闭薄膜段真空阀门和Pl泵组，分子段轻组分 会有一定的滞后，所以分子段真空组和搅拌要等轻组分流完后才可关闭，最后关闭分子段 搅拌和P2泵组，关闭水源和电源。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精 神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树脂的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(I)以市售双酚A环氧树脂为原料通过薄膜蒸馏器分离去除市售双酚A环氧树脂中的轻质分子，得到薄膜蒸馏段的重质组分；(II)以薄膜蒸馏段的重质组分为原料在分子蒸馏器中分离去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂得到分子短程蒸馏段提纯后的双酚A分子环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中步骤(I)市售双酚A环氧树脂 的环氧值在0. 51 0. 54之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步骤(I)中薄膜蒸馏器进行分离 的条件包括市售双酚A环氧树脂以800-2000ml/min的流速流入薄膜蒸馏器，所述薄膜蒸馏 器内真空度保持为lO-lOOPa，温度保持为150-200°C。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中步骤(I)还包括市售双酚A环 氧树脂在流入薄膜蒸馏器前进行原材料脱气处理，脱气处理的温度在150-20(TC，真空度 IO-IOOPa0
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步骤(II)中进行分子短程蒸馏处 理的条件包括薄膜蒸馏段的重质组分以600-1500ml/min的流速流入分子蒸馏器，所述分 子蒸馏器内真空度保持为10-50Pa，温度保持为180-250°C。
6.一种利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树脂的分离装置，包括薄膜蒸馏器(1)和分子蒸馏器(2)，其特征在于所述薄膜蒸馏器(1)上端通过管路与薄膜段轻组分罐 (11)连接，所述薄膜蒸馏器(1)下端通过薄膜段重组分罐(12)连接分子蒸馏器(2)；所述 分子蒸馏器(2)分别连接分子段轻组分罐(21)和分子段重组分罐(22)。
7.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于所述薄膜蒸馏器(1)和分子蒸馏器(2)外侧均设置导热油进口(31)和导热油出口(32)，当分离装置工作时，导热油从导热油 进口(31)进入，从导热油出口(32)导出对薄膜蒸馏器(1)或分子蒸馏器(2)进行加热。
8.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于所述薄膜段重组分罐(12)与分子蒸馏 器(2)间设置分子段控制阀(33)，当薄膜段重组分罐(12)累积到一定量时，分子段控制阀 (33)打开薄膜段重质组分进入分子蒸馏器。
9.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于所述装置还包括抽真空装置(4)，所述 抽真空装置(4)通过管路分别连接薄膜蒸馏器(1)和分子蒸馏器(2)。
10.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于所述装置还包括温度控制装置，所述 温度控制装置通过管路分别连接薄膜蒸馏器(1)和分子蒸馏器(2)。
全文摘要
本发明公开了一种利用分子蒸馏技术进行提纯双酚A分子环氧树脂的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(I)以市售双酚A环氧树脂为原料通过薄膜蒸馏器分离去除市售双酚A环氧树脂中的轻质分子，得到薄膜蒸馏段的重质组分；(II)以薄膜蒸馏段的重质组分为原料在分子蒸馏器中分离去除高沸点多聚体双酚A环氧树脂得到分子短程蒸馏段提纯后的双酚A分子环氧树脂。通过该方法制备得到的双酚A分子环氧纯度高，收率大，成本低。
文档编号C08G59/06GK101914193SQ20101024173
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者夏宇, 张犇, 徐伟红, 施德俊, 陶纯初 申请人:苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司