聚合物合成工艺设计 - 图文

（2016-2017学年第二学期）

《聚合物合成工艺设计》

结业论文

题 目：聚氨酯合成工艺设计 姓 名：黄泰铭

学 院：材料与纺织工程学院 专 业： 高分子材料与工程 班 级： 高材142班 学 号： 201454575230

联系方式： 13252396532 任课教师： 董军

2017年6月5日

摘要

本文着重于年产30万吨浇注型聚氨酯弹性体(CPUR)的工艺流程设计，以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚共聚乙酰胺(PEBA)、3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺（MOCA）为原料，加入其它助剂采用预聚合法合成聚氨酯弹性体。并对其合成工艺、物料及热量衡算、设备选型、车间设计、管道设计等进行论述。 关键词: 浇注型聚氨酯弹性体 合成工艺 物流衡算

abstract

This paper focuses on an annual output of 300 thousand tons of casting polyurethane elastomer (CPUR) process design, using toluene diisocyanate (TDI), Poly (ethylene glycol) acetamide (PEBA), 3,3 '- two' - chloro -4,4 two phenyl methane two amine (MOCA) as raw materials, adding other additives by pre polymerization synthesis of polyurethane elastomer. And the synthetic process, the material and heat balance calculation, equipment selection, shop design, pipeline design and so on.

Key words: pouring polyurethane elastomer; synthesis process; Logistics Balance

前言

一、聚氨酯弹性体的概述

聚氨酯弹性体（ＰＵＥ）又称聚氨基甲酸酯弹性体，是一种主链上含有较多氨基甲酸酯基团的高分子合成材料，一般由聚醚、聚酯和聚烯烃等低聚物多元醇，与多异氰酸酯及二醇或二胺类扩链剂逐步加成聚合而成；其结构可用“软段”和“硬段”来描述，聚醚、聚酯或聚烯烃等多元醇构成软段，二异氰酸酯、扩链剂构成硬段。由于软段和硬段之间的热力学不相容性，软段及硬段能够通过分散聚集形成独立的微区，具有微相分离结构。软段提供ＰＵ材料的弹性、韧性及低温性能；硬段则提供ＰＵ材料的硬度、强度和模量性能。它是一种介于一般橡胶与塑料之间的弹性材料，既具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度，它的伸长率大，硬度范围广。它的耐磨性、生物相容性与血液相容性特别突出；同时，它还有优异的耐油、耐低温、耐辐射和负重、隔热、绝缘等性能。因此，ＰＵＥ的应用领域非常广泛。

浇注型聚氨酯弹性体(CPUR)是PUR的三大加工类型中最重要的一种,其用量占PUR总量的60%。浇注型聚氨酯弹性体(CPU),因其优异的机械物性、良好的适用性、经济性以及对环境的适应性而得到了广泛的应用。浇注型聚氨酯弹性体在加工成型前是黏性液体,有液体橡胶之称,可用一步法或两步法合成。其制品成型既可加压硫化,又可常压硫化;既可热硫化,又可室温固化;既可以手工浇注,又可用浇注机连续浇注成型[3]。所以,浇注成型工艺为大型弹性体制品的生产提供了诸多方便。

本文着重于年产30万吨浇注型聚氨酯弹性体(CPUR)的工艺流程设计，以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚共聚乙酰胺(PEBA)、3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺（MOCA）为原料，加入其它助剂采用预聚合法合成聚氨酯弹性体，并对其合成工艺、物料及热量衡算、设备选型、车间设计、管道设计等进行论述。

正文

一、设计思想

以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚共聚乙酰胺(PEBA)、3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺（MOCA）为原料，加入其它助剂采用预聚合法合成聚氨酯弹性体。 反应机理为逐步聚合反应，整个过程可分为两个步骤：第一步，合成预聚体二元醇与过量二元异氰酸酯反应，生成两端端基为一NCO基团的加成物，称为预聚物。第二步，预聚体进行扩链反应和交联反应 ，将分子量不高的预聚体进一步反应生成高分子量的聚氨酯树脂。先合成预聚体，再经扩链反应得到高分子量的产物。由于采用了预聚步骤，在进行扩链反应时放热较低，易于控制，制得的聚氨酯分子链段比较规整，制品具有良好的力学性能，重复性也较好。以MOCA为扩链剂时一般热浇注工艺生产，把预聚体加热至60-80℃或更高的温度，最好在75-85℃下对预聚物进行真空脱气处理，再加入110-120℃的MOCA并迅速注入预热的模具中。 二、结构组成 2.1反应釜

用于聚酯（聚醚）多元醇脱水和预聚体聚合、脱泡，是聚氨酯 橡胶生成的重要设备之一。 反应釜结构一般采用不锈钢内胆，附加热夹套及外包聚氨 酯硬泡绝热层的三层结构反应釜，附有搅拌、电加热油循环及控温系统，真空缓冲罐及真空泵系统。反应釜上有进料、出料、观察、测温及真空、安全放空及抽真空等工艺管孔，其容积由要求的产量而定。常用容积有80L、120L、200L等。 2.2弹性体浇注机

可用于TDI、MDI等预聚体的胺交联或醇交联体系的CPU制品生产，与人工浇注相比，浇注机浇注质量稳定，生成效率高。预聚体和扩链剂的混合方式可分为手工和机械两种。在批量较小时，多采用手工、间歇式混合，所用容器根据预聚体数量选择，混合时必须根据预聚体、扩链剂的品种，活性基团含量及温度，考虑反应放热的激烈程度、釜中寿命以及制品所需要的数量等因素，酌情确定预聚体的加入量。这是因为预聚体和扩链剂反应为放热反应，在它们混合时会放出大量的热，加速反应时系统黏度急剧上升，原料数量越多，反应让热越激烈，黏度上升越快，物料上升越困难。因此，在使用手工混合数量较大的预聚体和扩链剂时，常会出现混合胶料倒不出来的现象，有时虽然勉强倒入模腔，但因物料局部过热，也会对制品性能及其均一性造成一定影响。 因为上述原因，对大量的教主聚氨酯生产均采用机械连续混合方式，进行预聚体和扩链剂的连续混合、连续浇注操作。典型的机械混合设备即浇注机。 2.3真空泵

用于对所制得的聚氨酯预聚体真空脱气泡。预聚体进行升温加热后，对其抽真空脱气泡，只有充分混合 后尽量将预聚体中的气泡抽出，制得的产品才能够达到预期的物理和化学性能，制得的产品才能够合格。 2.4预熟化加热设备

用于模型预热和聚氨酯的定型、硫化等程序。该设备一般有为卧式烘箱和硫化平板，可视模具的大小而 定制品所需成型压力，其中，卧式烘箱操作简单，现主要介绍硫化平板的使用方法。首先，根据工艺条件，调节液压系统的工作压力和热板的加热温度，将模具清理后置于热板上 进行预热。检查所需半成品胶料。从热板上取下模具，打开上模将胶料注入模具型腔，将上模板放到模具上并置于