聚氨酯弹性体生产工艺配方技术

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V 30Mpa ）、弹性较好的可称为橡胶。所以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。所以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，改善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，通常为2或2~3.相对分子质量

为400~6000，但常用的为1000~2000.主要品类有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚&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。一般可通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，最常用的二元羧酸是己二酸，最常用的多元醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇。此外，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。因为可用的多元醇品种多，所以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220~25 0C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135C左右时酯

化反应最激烈，生成大量缩合水。因为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220~250C .当酸值降至30mgKOH/gt右或出水量约等于理论水量时，因为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2000。

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

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

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

异氰酸酯的反应是有有机酸酯与氰酸钾而得：

R2SO4+KCN® 2RNCO+K 2SO4

甲苯

硝基甲苯异构体混合物

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，不仅使聚合物分子增长、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，最常用的是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，通常将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，以改善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U型MOCA.

2.4其他助剂

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料，它与金属和极性高分子材料的粘结力很强，不用脱模剂，制品很难从模具中脱出。

常用的脱模剂共有四种：

第一类是硅橡胶、硅酯，用甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、汽油等溶剂溶配成溶液，涂擦或喷涂在模具中。硅油也可做脱模剂，不过在热压硫化时不够理想。

第二类是水做溶剂的新产品。

第三类是常压下用的脱模剂，像液体石蜡、真空泵油、凡士林等。

第四类脱模机就是内脱模剂。

2.4.2着色剂

聚氨酯弹性体制品五颜六色，美观大方的外观靠的是着色剂。着色剂有两种，有机染料和无机颜料，有机染料大部分用于热塑性聚氨酯制品中，装饰美化注射件和挤出件。弹性体制品的着色一般有两种方式：一种是将颜料等助剂和低聚物多元醇研磨成色浆母液，然后将适量的色浆母液与低聚物多元醇搅拌混合均匀，再经加热真空脱