聚氨酯生产工艺

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。

异氰酸酯

脂肪族

芳香族

脂环族

低聚物多元醇聚酯多元醇

聚醚多元醇

环氧丙烷聚醚多元醇

四氢呋喃聚醚多元醇

其它聚醚多元醇

其它多元醇

扩链（交联）剂

胺类扩链剂

醇类扩链（交联）剂催化剂

叔胺类催化剂

金属有机化合物

其它配合剂

阻燃剂

抗氧剂

紫外线吸收剂着色剂

增塑剂

聚氨酯原料

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

（2）异氰酸酯结构

（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

MDI HDI NDI PPDI IPDI XDI 等TDI PAPI

二异氰酸酯：

多异氰酸酯：异氰酸酯异氰酸酯脂肪族芳香族脂环族HDI TDI MDI PAPI PPDI 等HDI HTDI HMDI 等

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

（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

脂肪胺类脂环胺类芳香胺类醇胺类胺盐类叔胺类催化剂

金属烷基化合物

铋铅锌锡汞等

催化剂分类

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。

（八）、温度