熱塑性聚氨酯的生產(chǎn)及應(yīng)用

1、 生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告熱塑性聚氨酯的生產(chǎn)及應(yīng)用學(xué) 生 姓 名 所 在 班 級(jí) 所 在 系 指 導(dǎo) 老 師 報(bào)告提交日期 【摘要】 TPU(Thermoplastic polyurethanes)，熱可塑性TPU 彈性體，是一種由低聚物多元醇軟緞與二異氰酸酯-擴(kuò)鏈劑硬段構(gòu)成的線性嵌段共聚物。TPU被廣泛應(yīng)用于：鞋材、成衣、充氣玩具、水上及水下之運(yùn)動(dòng)器材、醫(yī)療器材、健身器材、汽車(chē)椅座材料、雨傘、皮箱、皮包等.具有較高的物理強(qiáng)度、可再加工性好。鑒于此國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)充分利用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力增加和在塑料改性及塑料合金方面積累的經(jīng)驗(yàn)，加快聚碳酸酯合金等復(fù)合材料開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】 TPU 多元醇 MDI 擴(kuò)

2、鏈劑 聚合物 一、裝置概述。我公司主要裝置主要由國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)，配合嚴(yán)謹(jǐn)管理制度之落實(shí)，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)熱塑性聚氨酯樹(shù)脂。廣泛用與貼合、鞋材、涂料、各類(lèi)工業(yè)材料等用途。年產(chǎn)1000萬(wàn)噸TPU，改變了國(guó)內(nèi)，大批量依賴國(guó)外市場(chǎng)的需求，2000年TPU產(chǎn)品開(kāi)始量產(chǎn)。進(jìn)過(guò)十年的不斷努力，引進(jìn)了德國(guó)拜耳公司的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，以搶先占有市場(chǎng)為第一目標(biāo)，目前公司占有TPU市場(chǎng)絕大部分市場(chǎng)，我們加快了TPU高檔生產(chǎn)線的改進(jìn)力度，淘汰和更新了部分幾組設(shè)備，增加技術(shù)和資金投入，如今已經(jīng)建成了R801R810等十條生產(chǎn)流水線，成為國(guó)內(nèi)最大的TPU生產(chǎn)廠商之一。同時(shí)公司自主生產(chǎn)TPU上有原料聚酯多元醇，使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈一體化

3、，從而在貨源上和價(jià)格上比較穩(wěn)定，降低了生產(chǎn)成本，在競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的市場(chǎng)上占有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因而在市場(chǎng)上占有一席之地。預(yù)計(jì)公司在后續(xù)階段中加大產(chǎn)品的研發(fā)能力，進(jìn)一步改善公司TPU系列產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，滿足客戶要求，本著以人為本、以客為尊、服務(wù)創(chuàng)新、務(wù)實(shí)精進(jìn)的企業(yè)宗旨，使公司能在最短的時(shí)間內(nèi)成為國(guó)內(nèi)外最大企業(yè)之一。二、工藝流程說(shuō)明。1.崗位工藝說(shuō)明經(jīng)過(guò)在公司一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，我被分配到技術(shù)課研發(fā)部，工作主要從主管處獲得產(chǎn)品生產(chǎn)初級(jí)配方，我們將按照配方比列進(jìn)行合成實(shí)驗(yàn)，合成的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)切條、壓出、造粒獲得實(shí)驗(yàn)研發(fā)產(chǎn)品。接著對(duì)這些實(shí)驗(yàn)研發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行熔融指數(shù)、拉升物性、耐磨耗、耐黃變、毛細(xì)管流變等一系列的物性

4、參數(shù)檢測(cè)。當(dāng)這些技術(shù)指標(biāo)都合格以后方能將配方頭如生產(chǎn)進(jìn)行大量生產(chǎn)。在這段時(shí)間里，每一天對(duì)于我來(lái)說(shuō)都是多姿多彩的，每一天都發(fā)生了許許多多的事，每一天都認(rèn)識(shí)到自己的不足，每一天都學(xué)到了新的東西，收獲很多。在實(shí)習(xí)鍛煉過(guò)程中，我不僅學(xué)到了很多在書(shū)本里沒(méi)有的知識(shí)，還更加確定了我的學(xué)習(xí)鍛煉目標(biāo)，端正了我的工作態(tài)度，考驗(yàn)了我的工作熱情和耐性，更加堅(jiān)定了我的工作決心。這段時(shí)間以來(lái)，我也感受到自己在多個(gè)方面的不同程度有了提高和進(jìn)步，好的開(kāi)始是成功的一半，相信在接下的實(shí)習(xí)鍛煉計(jì)劃過(guò)程中，我會(huì)以飽滿的熱情，爭(zhēng)取學(xué)到更多的知識(shí)，保質(zhì)保量地完成工作任務(wù)。另外在主管老師的指導(dǎo)下我還學(xué)會(huì)了一定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力，每一次實(shí)驗(yàn)后

5、都有一大隊(duì)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，剛開(kāi)始時(shí)候我一看到這些數(shù)據(jù)就頭疼，不知道該如何下手，最后請(qǐng)教了主管，按照主管的要求和指導(dǎo)我逐漸學(xué)會(huì)了處理數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的能力。能夠從以大堆實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找到自己想要的結(jié)果從而為下一次實(shí)驗(yàn)的成功提高了效率。為主管對(duì)配方的研發(fā)提供有效的參考價(jià)值，為自己的成就而感到高興。在這個(gè)充實(shí)而又充滿快樂(lè)的工作崗位中，總能讓我獲益良多，相信在以后的工作學(xué)習(xí)中我會(huì)做得更好。2.工藝流程盡管實(shí)驗(yàn)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但其實(shí)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中必須主意任何細(xì)節(jié)問(wèn)題。TPU可通過(guò)預(yù)聚體法、一步法和半預(yù)聚法合成。一步法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，彈性體的性能較好，但因其設(shè)備投資較高，我們實(shí)驗(yàn)室合成不采用此方法。間歇是本體法聚

6、合工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，但產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，影響TPU的加工性。在實(shí)驗(yàn)室合成中我們主要采取此種生產(chǎn)工藝。合成實(shí)驗(yàn)前首先準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)儀器：反應(yīng)容器、攪拌器、加熱包、以及各種實(shí)驗(yàn)原料等。接著按照所給配方中的數(shù)據(jù)，想反應(yīng)容器中加入計(jì)量的擴(kuò)鏈劑和聚酯多元醇，同時(shí)加入配方中計(jì)量的各種助劑。用攪拌器將加入的原料混合均勻，在不斷的攪拌中升溫至80，接著必須準(zhǔn)確稱量計(jì)量的MDI，準(zhǔn)確地將MDI倒入混合均勻的聚酯多元醇中，進(jìn)行反應(yīng)，繼續(xù)攪拌，物料反應(yīng)溫度會(huì)繼續(xù)上升到120，黏度明顯增加，停止攪拌。立即將反應(yīng)容器中流動(dòng)的反應(yīng)物倒入事先準(zhǔn)備好的離型紙中。放入100烘箱中熟成16個(gè)小時(shí)。從盤(pán)中取出反應(yīng)物料，切條、壓出、

7、造粒制成TPU膠粒。對(duì)制成的TPU膠粒進(jìn)行物性檢測(cè)，首先將TPU膠粒置于烘箱內(nèi)半小時(shí)，取出水分，通過(guò)Meltflixer2000儀器檢測(cè)其黏度，根據(jù)或得的黏度所對(duì)應(yīng)的溫度將剩余TPU膠粒注塑做成檢測(cè)用的試片。將所得試片做拉伸物性及耐磨耗等一系列性能檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，改進(jìn)配方，直到產(chǎn)生適合的配方投入真正大規(guī)模生產(chǎn)。三、工藝原理和主要設(shè)備介紹。1.工藝原理異氰酸酯反應(yīng)機(jī)理：有機(jī)異氰酸酯化合物含有高度不飽和建的異氰酸酯基團(tuán)（NCO，結(jié)構(gòu)式 N C O ）,因而化學(xué)性質(zhì)非?；顫?它是電子共振結(jié)構(gòu)。由于氮原子上電子云密度較大，其電負(fù)性較大，NCO基團(tuán)上的氧原子電負(fù)性最大，是親核中心，可吸

8、引含活性氫化物分子上的氫原子而生成羥基，但飽和碳原子上的羥基不穩(wěn)定，重排成為氨基甲酸酯（若反應(yīng)物為醇）或脲（若反應(yīng)物為胺）。碳原子電子云密度最低，呈較強(qiáng)的正電性，為親電中興，易受到親核試劑的進(jìn)攻。異氰酸酯與活潑氫化合物的反應(yīng)，就是猶豫活潑氫化合物分子中的親核中心進(jìn)攻NCO基團(tuán)的碳原子而引起的。反應(yīng)機(jī)理如下： H OR N C O (R N C OH) R N C R1 H+ R-1 R1 誘導(dǎo)效應(yīng)：連接NCO基團(tuán)的R基（即異氰酸酯化合物的“核基”）的電負(fù)性對(duì)異氰酸酯的反應(yīng)活性影響較大，若R是吸電子基團(tuán)，它能使NCO基團(tuán)中C原子的電子云密度更低，能提供類(lèi)似于共軛的穩(wěn)定性，使C原子具有較強(qiáng)的正電性

9、，更容易與親核試劑（或親核中心）發(fā)生反應(yīng)，所以含吸電子基的異氰酸酯與活潑氫化合物的活性大。反之，若R為給電子基，他會(huì)增加NCO基團(tuán)中C原子的電負(fù)性（即C原子電子云密度增大），使其與活性氫化合物的反應(yīng)活性降低。異氰酸酯的反應(yīng)活性隨R基團(tuán)的性質(zhì)有下列由大到小的順序：CH3O2N CH3O CH2 烷基 由于芳香族二異氰酸酯中來(lái)兩個(gè)NCO基團(tuán)之間相互發(fā)生誘導(dǎo)效應(yīng)，促使芳香族二異氰酸酯反應(yīng)活性增加。因?yàn)榈谝粋€(gè)NCO基團(tuán)參加反應(yīng)時(shí)，另一個(gè)NCO基團(tuán)起吸電子取代基作用，這種誘導(dǎo)效應(yīng)對(duì)于能產(chǎn)生共軛體系的芳香族二異氰酸酯則特別明顯。含與NCO基相連苯環(huán)的幾種芳香族異氰酸酯與羥基化合物反應(yīng)的反應(yīng)速率常見(jiàn)下表。反

10、應(yīng)程度10%50%90%苯異氰酸酯1.21.11.1鄰甲苯異氰酸酯-0.88-間苯二異氰酸酯6.04.42.5對(duì)苯二異氰酸酯5.73.71.62，4-甲苯二異氰酸酯2.01.20.222，6-甲苯二異氰酸酯0.80.320.124-4、-二苯基甲烷二異氰酸酯1.71.30.93-3、-二甲基二苯甲烷-4，4、-二異氰酸酯0.110.110.10 芳香族異氰酸酯與醇反應(yīng)的相對(duì)速率常數(shù) CH3CH3位阻效應(yīng)：即2，4-TDI和2，6-TDI的反應(yīng)活性。2，4-TDI的反應(yīng)活性比2，6-TDI高數(shù)倍，這是因?yàn)?，4-TDI中4位NCO離2位NCO及 較遠(yuǎn)，幾乎無(wú)位阻，而2，6-TDI的NCO受鄰位

11、的位阻效應(yīng)交大，反應(yīng)活性受到影響。二異氰酸酯的兩個(gè)NCO基團(tuán)的活性一般也不太一樣。如2，4-TDI中的第四位NCO反應(yīng)活性要比2位大很多。表現(xiàn)在反應(yīng)過(guò)程中，4位的NCO有限反應(yīng)，當(dāng)它被反應(yīng)掉后，隨反應(yīng)程度的增加，反應(yīng)體系的反應(yīng)速率常熟下降（如上表）。對(duì)于2，6-TDI來(lái)說(shuō)，雖然兩個(gè)NCO處在對(duì)稱位置，初始反應(yīng)活性一致，但當(dāng)其中一個(gè)NCO參與反應(yīng)，生成胺基酯甲酸基團(tuán)后，由于失去了誘導(dǎo)效應(yīng)，位阻效應(yīng)占主導(dǎo)，故剩下的一個(gè)NCO基團(tuán)活性大大下降。TPU的合成原理： 熱塑性聚氨酯彈性體一般是由聚酯或聚醚多元醇、二異氰酸酯或小分子二醇擴(kuò)鏈劑反應(yīng)而成。為了改善制品性能，還可以添加合成時(shí)加入少量助劑。由聚酯二

12、醇或聚醚二醇 MDI和1，4-丁二醇合成顆粒，起主要反應(yīng)的反應(yīng)式如下： OOCONH-Ar-NHCOn HOOH + OCN-Ar-NCO 在一定溫度以及在微量水分或微量金屬雜質(zhì)等存在下，合成過(guò)程可能存在生成脲及脲基甲酸酯、縮二脲等交聯(lián)鍵的副反應(yīng)：NCO + NH2 NHCONH(脲基)NCO + RNHCOO NHCON(R)COO（脲基甲酸酯基）NCO + RNHCONH NHCON(R)CONH （縮二脲基）2.主要設(shè)備介紹2.1 加熱包和攪拌器當(dāng)合成實(shí)驗(yàn)時(shí)原料反應(yīng)其實(shí)溫度需達(dá)到一定值時(shí)才能使反應(yīng)更完全更均勻，需要用加熱包對(duì)反應(yīng)物料進(jìn)行加熱處理，打開(kāi)加熱包開(kāi)關(guān)將溫度調(diào)制所需溫度，將反應(yīng)容

13、器置于加熱包內(nèi)，同時(shí)需用攪拌器不停攪拌，促使原料混合均勻。當(dāng)反應(yīng)無(wú)聊溫度達(dá)到所需溫度時(shí)方能加入MDI進(jìn)行反應(yīng)。2.2 MI熔融指數(shù)儀MI熔融指數(shù)儀主要是對(duì)TPU膠粒的黏度物性進(jìn)行檢測(cè)的儀器。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)將儀器溫度調(diào)至所需溫度，打開(kāi)連接儀器的電腦相應(yīng)的儲(chǔ)存檔案，稱取TPU粒料6g左右，將稱好的粒料加入到MI熔融指數(shù)儀中。壓實(shí)粒料，預(yù)熱產(chǎn)品所需的時(shí)間加相應(yīng)的砝碼開(kāi)始檢測(cè)。將顯示在電腦上的結(jié)果記錄下來(lái)，清洗MI熔融指數(shù)儀，完成黏度檢測(cè)。2.3 小試片注塑機(jī) 將剩余的部分TPU粒料放入100烘箱內(nèi)30分鐘，將TPU中的水分烘干。打開(kāi)注塑機(jī)電源開(kāi)關(guān)，將注塑機(jī)溫度調(diào)整到所需溫度，當(dāng)溫度達(dá)到指定值時(shí)，將烘干的TPU膠粒倒入注塑機(jī)內(nèi)做成可供檢測(cè)的小型試片。2.4 ZWICK拉力機(jī)做好的小試片裁剪成