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1、2005年第20卷第5期聚氨酯工业2005.Vol.20No.5POLYURETHANEINDUSTRY·37··技术交流·TPU生产工艺路线的比较与选择12白子文张旭琴(1.上海纳米技术及应用国家工程研究中心200237)(2.环球聚氨酯网上海200021)摘要:比较并分析了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)双螺杆法与传送带法生产工艺之间的差别。关键词:TPU;双螺杆法;传送带法TPU目前的生产方法主要有双螺杆法与传送带实际生产中,图1中1～9由1台特制的浇注机代法。双螺杆法是将原料计量、输送、混合后,注入双替。该法具有以下特点:螺杆
2、反应器中,在高温下反应、挤出、水下连续造粒,(1)反应在高温高压下进行。双螺杆反应挤出再后熟化得到成品;传送带法是将原料计量、输送、机中反应温度约140～250℃,压力为4～7MPa,在混合后,浇注到带有加热系统的传送带上,经烘道如此高的温度与压力下,生成脲基甲酸酯的副反应(或烘箱)进行熟化,再破碎、造粒制得成品。这2以及产生气体的分解反应几乎被完全抑制。种方法的工序都可形成流水作业,进行连续聚合,适(2)由于反应温度较高,TPU中低相对分子质合大批量生产,生产效率高,计量准确,产品质量稳量齐聚物的含量较低。有资料报道,用双螺杆法
3、合定。成的TPU中低聚物的质量分数为0.36%;而同样情况下,采用溶液聚合法生产的产品为3.0%,先采用1双螺杆法和传送带法的生产工艺简介溶液聚合除去溶剂后再挤出的则为1.38%。1.1双螺杆法(3)双螺杆反应挤出机捏合次数可达7～15双螺杆法是一种连续反应合成工艺,生产基本次/s,甚至更高,具有自洗作用,对物料的剪切效率[1]流程如图1所示。高,可以防止硬节与凝胶粒子的产生。(4)生产能力大,产品性能稳定,特别适用于大批量产品的生产。1.2传送带法传送带法生产TPU的工艺过程为:采用计量与输送系统将物料打入高速混合器中混合,然后
4、将物料连续排放到带加热装置(传送带温度约120℃左右,停留时间约15min左右)的传送带上(或镀聚四1—聚酯化料罐;2—MDI化料罐;3—丁二醇化料罐;4—聚酯高位槽;5—MDI高位槽;6—丁二醇高位槽;氟乙烯的不锈钢盘中),经烘道(或烘箱)进行熟化,7—聚酯计量罐;8—MDI计量罐;9—丁二醇计量罐;最后破碎、造粒制得产品。其工艺过程如图2所示。10—双螺杆挤出机;11—水下切粒机;12—冷水塔;实际生产中,图2中的1～10由1台特制的浇13—干燥机;14—分级筛;15—贮料罐;16—自动包装机;注机代替。由图2看到,传送带法与
5、双螺杆法相比,17—贮水槽;18—侧加料机物料高速混合后不是直接进入双螺杆挤出机,而是图1双螺杆法TPU连续生产工艺流程图经过传送带加热、烘房熟化和破碎机破碎后,再进入双螺杆法生产TPU的工艺过程一般包括4个单(双)螺杆挤出机挤出。和双螺杆法相比,传送带部分:保持一定温度的原料贮化系统、计量与输送系法的反应温度较低,物料在传送带及烘道中的平均统、双螺杆反应挤出机、水下切粒与后处理系统。在停留时间比在双螺杆中的平均停留时间长。·38·聚氨酯工业第20卷进程中保持不变。平推流反应器中物料在设备内的停留时间的函数F(τ)曲线如图3所示:
6、而双螺杆挤出机则类似于多级串联的理想混合流反应器:由螺纹构成的每个G型腔室相当于一个理想混合流反应器;物料在螺纹的推动下,由一个腔室流动到下一个腔室,相当于由一个理想混合流反应器流到下一个理想混合流反应器。理想混合流反[3]应器的特点是:物料在反应器内完全混合,反应1—聚酯化料罐;2—MDI化料罐;3—丁二醇化料罐;器内各点的物料组成和温度都相同,且等于出口流4—聚酯高位槽;5—MDI高位槽;6—丁二醇高位槽;的组成和温度;物料微元在反应器内的停留时间不7—聚酯计量罐;8—MDI计量罐;9—丁二醇计量罐;同。单级理想混合反应器中物
7、料在设备内的停留时10—高速混合器;11—传送带;12—烘房;13—破碎机;14—单(双)螺杆挤出机;15—水下切粒机;间函数F(τ)曲线如图4所示。16—冷水塔;17—干燥机;18—分级筛;19—贮料罐;20—自动包装机;21—贮水槽;22—侧加料机图2传送带法TPU连续生产工艺流程图2双螺杆法与传送带法的生产工艺比较2.1物料停留时间的比较图4理想混合反应器F(τ)曲线逐步聚合反应中聚合物相对分子质量的增长比对于平推流反应器,由于物料在设备内的停留较缓慢。聚合物的相对分子质量随着时间(转化时间都相等,而且等于平均停留时间,因此
8、当后面的率)的增加而逐渐增大。在反应初期,聚合物的相物料(B)通入时间后(达到平均停留时间),前面的对分子质量远未达到使用要求的相对分子质量(大物料(A)将完全被置换出去。但是对于理想混合反约为5000～10000)时单体就消失了,这是逐步聚合[3
