聚氨酯生产工艺

聚氨酯生产工艺(总5页)

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聚氨酯生产工艺流程

摘要：

聚氨酯(Po1yurethane, PU)的发展。1937，德国Bayer合成第一种聚氨酯热塑性塑料Durthane U40年代，制得了合成纤维贝纶U(Perlon U)。50年代，得到聚氨酯弹性体、弹性纤维和泡沫塑料。60年代，聚氨酯涂料和粘合剂等开始应用。我国聚氨酯工业起始于20世纪50年代末，1959年上海市轻工业研究所开始聚氨酯泡沫塑料的研究。

聚氨酯是综合性能优秀的合成树脂之一。由于其合成单体品种多、反应条件温和、专一、可控、配方调整余地大及其高分子材料的微观结构特点，可广泛用于人造革、涂料、黏合剂、泡沫塑料、合成纤维以及弹性体,已成为人们衣、食、住、行以及高新技术领域必不可少的材料之一，其本身已经构成了一个多品种、多系列的材料家族，形成了完整的聚氨酯工业体系，这是其它树脂所不具备的。

关键词：原料规格、合成工艺、反应速率影响因素、蒸汽汽提反应单元论述

一、原料规格

聚氨酯树脂主要的原料是含异氰酸酯基（NCO）的多异氰酸酯(isocyanate)和含活泼氢的聚醚(ployether ployol )与聚酯多元醇(polyester ployol)。将以上两种基本原料进行化学改性，这种改性的多元醇中间体，可制成具有特殊工艺和特殊物理性能的聚氨酯树脂，从而增加聚氨酯品种与应用领域。除以上原料外，聚氨酯树脂产品广泛采用催化剂、交联剂、扩链剂、发泡剂等助剂，可通过聚氨酯树脂生产工艺、降低成本，延长使用寿命，增加品种等。

脂肪族

异氰酸酯脂环族芳香族聚酯多元醇环氧丙烷聚醚多元醇低聚物多元醇聚醚多元醇其它多元醇四氢呋喃聚醚多元醇其它聚醚多元醇聚氨酯原料催 化 剂扩链（交联）剂胺类扩链剂醇类扩链（交联）剂叔胺类催化剂金属有机化合物阻燃剂抗氧剂其它配合剂紫外线吸收剂着色剂增塑剂2

一、 结构特点

在分子结构中含有异氰酸酯基团(－N＝C＝O）的化合物，均称为异氰酸酯（isocyanate）,其结构通式如下：

R－（NCO）n

式中R为烷基、芳基、脂环基等；n＝1、2、3….整数。在聚氨酯材料合成中，主要使用n≥2的异氰酸酯化合物。

二、异氰酸酯的分类 （1）异氰酸酯基团数量 TDIMDI HDI NDI PPDI IPDI XDI等二异氰酸酯：

异氰酸酯

多异氰酸酯：PAPI

（2）异氰酸酯结构

脂肪族HDI

异氰酸酯脂环族HDI HTDI HMDI等

芳香族TDI MDI PAPI PPDI等

（3）通用型有机异氰酸酯（TDI，MDI） （4）是否黄变

1、非黄变型异氰酸酯

a.亚甲基型（XDI，TMXDI）

b.脂肪族和脂环族（HDI，TMHDI，HTDI） 2、黄变型异氰酸酯

芳香族异氰酸酯(TDI、MDI、PAPI)

二、合成工艺

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三、反应速率影响因

催化剂的作用

在聚氨酯蓬勃发展的过程中，催化剂的作用功不可没。根据聚氨酯制品生产和用途的差异，选择使用催化剂的三种功能：

1、促进链增长反应

使液态的中、小分子量的化学原料．通过催化剂作用、使其迅速反应，分子链快速增长、形成高分子量的聚合物材料。

2、促进反应体系中某些特定的化学反应的反应速度。

如在聚氨酯泡沫体的合成中，促进-NCO与H2O的反应速度，使之快速反应产生大量二氧化碳气体；促进－NCO与多元醇端羟基间的反应，使之迅速生成氨基甲酸酯基团，分子链迅速增加，加速材料的凝胶速度。 3、调节反应速度

在聚氨酯合成的诸多复杂反应中，通过使用不同类型的催化剂，调节诸多竞争反应历程和平衡，促进设计的主反应的反应速度，减缓或抑制副反应的发生和进行，借助催化剂的功能，获得最佳分子结构的设计目的。

催化剂分类

叔胺类催化剂脂肪胺类脂环胺类芳香胺类醇胺类胺盐类 催化剂分类

铋

铅

金属烷基化合物锌

锡

汞等

（一）、OH和NCO比值

当OH和NCO比值越接近1：1的时候，反应速率越快。在NCO：OH大于或小于1：1时，反应速率减缓。在OH：NCO＞1：1时，会提高制品硬度、热稳定性、弹性、机械强度等物性，却降低伸长率、拉伸强度，并且影响一些液

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体聚氨酯制品储存期。在OH：NCO＜1：1时，会提高制品柔软手感、伸长率和剥离强度，却会降低硬度、耐磨等一些物性。

此外，异氰酸酯和羟基化合物反应活性还受到各自分子结构的影响。各类羟基化合物反应活性为：伯羟基＞仲羟基＞叔羟基。

(二）、原料酸碱值

对聚氨酯反应来说，原料的酸碱值会影响到与异氰酸酯的反应性。就聚醚多元醇和聚酯多元醇原料而言而言，酸值是残留的端羧基的量，它与异氰酸酯反应生成酰胺并释放二氧化碳，不仅会造成链的终止，还容易形成气泡。酸同时对反应催化产生不良的作用，而且降低制品的耐水解性能。合理的保持反应体系呈弱碱性，有利于反应的顺利进行。过高的碱值，会造成反应速率不好控制，严重影响生产进行和产品质量。

（三）、催化剂

就同品种催化剂而言，添加合理的催化剂用量，有利于控制合理的反应速率。催化剂过量，也会牺牲制品品质，某些有机锡类催化剂会影响制品耐水解性能。

（四）、水分

虽然很多聚氨酯配方有添加水分，但代表水分就是聚氨酯生产应该必须使用的原料。但对于聚氨酯反应来说，反应体系中混合物水分含量是必须严格控制的。因为随着水的用量增多，反应速率会增加。特别是在催化剂存在下，异氰酸酯与水的反应可加速进行。水与异氰酸酯反应活性尽管比伯羟基低，却与仲羟基相当。在聚氨酯泡沫塑料以外的聚氨酯制品生产中，水完全是必须严格控制的，因为水与异氰酸酯反应，会生成不稳定的氨基甲酸，易再分解成二氧化碳和胺。另外在预聚体中，水分还会降低预聚体中NCO的含量。

（五）、官能团

官能团越大，反应速率越快，同时物料粘度越高。

（六）、分子量

在官能团等条件相同的情况下，分子量越小，反应活性越高。

（七）、二醇与二胺

二醇与二胺反应速率相差很大，二醇活性比二胺低很多。尤其是脂肪族伯胺与异氰酸酯反应的活性特别快，一般很难控制，所以常用活性比较低的芳香族二胺。

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（八）、温度

一般来说，反应温度越高，反应速率越高。但实际中，聚氨酯反应温度控制在60-100 ℃之间。因为超过130 ℃，特别是线性分子链反应易出现不良问题，产生支化和交联，并影响分子间的规整性。低于60 ℃，反应速率很慢，不利反应进行。

（九）、其他

溶剂极性越大，影响反应速率越慢，反之越快；固含量越低，反应速率越小，反之越快；物料粘度越高，反应速率越慢；搅拌速度快，反应快；硬度（模量）越高，反应速率越快；

四、蒸汽汽提反应单元论述

汽提法

让废水与水蒸汽直接接触，使废水中的挥发性有毒有害物质按一定比例扩散到气相中去，从而达到从废水中分离污染物的目的。

汽提法的基本原理与吹脱法相同，只是所使用的介质不同，汽提是借助于水蒸汽介质来实现的。

汽提法分离污染物的工艺视污染物的性质而异，一般可归纳为以下两种：

1、 简单蒸馏 对于与水互溶的挥发性物质，利用其在气——液平衡条件下，在气相中的浓度大于在液相中的浓度这一特性。通过蒸汽直接加热，使其在沸点（水与挥发物两沸点之间的某一温度）下，按一定比例富集于气相。

2 、蒸汽蒸馏 对于与水互不相溶或几乎不溶的挥发性污染物。利用混合液的沸点低于两组分沸点这一特性，可将高沸点挥发物在较低温度下加以分离脱除。

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