聚氨酯弹性体工艺流程
一、聚氨酯弹性体的概述
二、聚氨酯弹性体的主要原料
三、聚氨酯弹性体主要生产设备
四、模具的加工
五、聚氨酯弹性体生产工艺流程
六、生产过程中注意事项
一、聚氨酯弹性体的概述
所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温, 扯断伸长率＞50%, 外力撤出后复原性比较好的高分子材料, 而玻璃化温度高于室温的高分子材料称为塑料。

在弹性体中, 其扯断伸长率较大( ＞200%) 、 100%定伸应力较小( 如＜30Mpa) 、弹
性较好的可称为橡胶。

因此弹性体是比橡胶更为广泛的一类高分子材料。

聚氨酯弹性体, 又称聚氨酯橡胶是弹性体中比较特殊的一大类, 其原材料品种繁多, 配方各种各样, 可调范围很大。

聚氨酯弹性体硬度范围很宽, 低至绍尔A10以下的低模量橡胶, 高至绍尔D85的高抗冲击橡胶弹性材料。

因此聚氨酯弹性体的性能范围很宽, 是介于从橡胶到塑料的一类高分子材料。

二、聚氨酯弹性体主要原材料
聚氨酯弹性体用的原料主要是三大类, 即低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂( 交联剂) 。

除此之外, 有时为了提高反应速度, 改进加工性能及制品性能, 还需加入某些配合剂。

下面只对生产的聚氨酯鞍座所用原材料进行具体描述。

反应过程: 多元醇与二异氰酸酯反应, 制成低分子量的预聚体; 经扩链反应, 生成高分子量聚合物; 然后添加适当的交联剂, 生成聚氨酯弹性体。

其工艺流程如下:
2.1 低聚物多元醇
聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度较低, 一般为2或2~3.相对分子质量为400~6000, 但常见的为1000~ .主要品类有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚ε-己内酯二醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇等。

它们在合成聚氨酯树脂中起着非常重要的作用。

一般可经过改变多元醇化合物的种类、分子量、官能度与分子结构等调节聚氨酯的物理化学性能。

2.1.1聚酯多元醇
聚酯多元醇简称聚酯, 是聚氨酯弹性体最重要的原料之一。

它是由二元羧酸和多元醇缩聚而成, 最常见的二元羧酸是己二酸, 最常见的多元醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇。

另外, 一些特殊聚酯还用戊二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油等多元醇。

由于可用的多元醇品种多, 因此聚酯的分子结构多种多样, 品种牌号也较多。

为了得到端羟基聚酯, 必须用过量的多元醇与二元羧酸反应。

一般采用间歇法生产聚酯。

其反应过程分为酯化反应和酯交换反应两个阶段。

生产装置大同小异, 一般工艺流程, 主要设备包括缩合釜、分馏冷凝器、冷凝器、计量罐、真空系统、加热冷却系统和控制系统。

整个系统的气密性要求十分严格。

缩合釜搅拌轴可采用端面机械密封。

加料顺序先加多元醇和配合剂, 后加已二酸, 然后充氮。

酯化反应从加热升温开始到220~250℃后约1h基本完成。

此阶段主要是常压脱水过程, 生成低分子聚酯和缩合水。

当升温到135℃左右时酯化反应最激烈, 生成大量缩合水。

由于缩合水的蒸发会发生大量气泡上升, 用1, 4-丁二醇和1, 6-乙二醇为原料时气泡尤为激烈。

此时应及时调节加热功率, 控制冷凝器出水速度, 防止大量水蒸气将大量分子多元醇带出分馏冷凝器。

激烈反应过后, 维持适宜的出水速度, 逐渐将反应温度升到220~250℃.当酸值降至30mgKOH/g左右或出水量约等于理论水量时, 由于混合物中的羟酸很少, 酯化难以继续进行, 出水基本停止, 酯化反应阶段基本结束。

本次聚氨酯鞍座中所选用的低聚物多元醇为聚酯多元醇, 牌号为ODX-218,分子量。

2.2 多异氰酸酯
多异氰酸酯品种也不少, 但产量最大的只有两种, 即二苯基甲烷二异氰酸酯( MDI) 及其聚合物多苯基多亚甲基多异氰酸酯( PAPI) 和甲苯二异氰酸酯( TDI) 。

多异氰酸酯我们采用德国拜耳的TDI-100。

TDI是以甲苯为基本原料, 用硝酸和硫酸的混合物进行硝化生成二硝基甲苯, 然后溶于甲醇中, 在雷尼催化剂和15~20Mpa的氢气压下进行加氢还原成甲苯二胺( TDA) , 在经光气化制得的。

甲苯硝化的第一阶段生成邻位、对位、间位三种硝基甲苯异构体混合物, 且其含量分别为55%~60%、 35%~40%和2%~5%。

异构体的含量几乎不受反应条件的影响。

将上述单硝基甲苯混合物进行不硝化生成2,4-二硝基甲苯和2,6二硝基甲苯, 其比例为80/20, 再经还原和光化制得80/20TDI(T-80)。

如单硝基甲苯混合物现经结晶分离出纯的邻位和对位单硝基苯, 再分别进行第二次硝化和还原, 光化, 可制得65/35TDI(T-65)和纯2,4-TDI( T-100) 。

生产过程见下图: 化学反应方程式:
异氰酸酯的反应是有有机酸酯与氰酸钾而得:
R
2SO
4
+KCNO→2RNCO+K
2
SO
4
TDI产品中T-80占绝大部分, 主要用于软质泡沫塑料, 约占软质泡沫塑料产量的31.5%, 其次是聚氨酯涂料、胶粘剂和弹性体, T-100产量主要是用于生产聚氨酯预聚体及聚氨酯弹性体。

T-65基本上不生产了被T-80代替。

2.3 扩链剂与交联剂
扩链剂与交联剂是具有不同化学作用的助剂, 在聚氨酯弹性体的合成中, 扩链剂参与化学反应, 是聚合物分子增长、延伸; 交联剂参加化学反应, 不但使聚合物分子增长、延伸, 同时还能在聚合物链中产生支化, 产生一定的网状结构, 进行交联反应, 一般扩链剂多为二元醇或二元胺类化合物。

二元以上醇类和胺类化合物则具有扩链和交联的双重功能。

聚氨酯弹性体制备中所需的扩链剂和交联剂都有一定的要求, 特别要求含
水量低于0.1%, 若达不到该指标都要进行处理。

一般使用的二元胺类扩链剂都是芳香族的, 最常见的是3, 3’-二氯-4, 4’-二苯基甲烷二胺( 商品名为MOCA) 。

MOCA是聚氨酯弹性体的扩链剂和交联剂, 特别是对于浇注型聚氨酯弹性体一般都用它, 在MOCA的结构中氨基邻位苯环上的氯原子取代基, 使氨基电子云密度增加, 降低了氨基与异氰酸酯的反应速率, 从而延长了釜中寿命, 这对于浇注聚氨酯弹性体制品是极其重要的。

我们加工浇注制品时, 一般将MOCA的用量控制在理论用量的90%上下, 其目的就是要使加工的制品具有相当的交联密度, 以改进制品的压缩永久变形和耐溶胀等性能。

本次聚氨酯弹性体所选用的MOCA是苏州湘原Ⅱ型MOCA.
2.4 其它助剂
助剂是橡胶工业的重要原料, 用量虽小, 作用却甚大, 聚氨酯弹性体从合成到加工应用都离不开助剂。

聚氨酯弹性体助剂种类很多, 可根据制品的不同要求适量加入。

下面简单描述聚氨酯鞍座所用到的主要助剂。

2.4.1脱模剂
它是生产聚氨酯弹性体制品时离不开的操作助剂。

聚氨酯是强极性高分子材。