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聚氨酯无毒固化剂研究

胡孝勇  
【摘要】:本论文是总结围绕如何生产出产品性能合格的甲苯二异氰酸酯(TDI)和三羟甲基丙烷(TMP)加成的聚氨酯固化剂,使固化剂中的游离TDI含量小于0.5%,使聚氨酯固化剂达到低毒为目标进行的研究。具体内容主要包括合成TDI-TMP聚氨酯固化剂研究、分离固化剂中未反应的TDI研究、分离过程的传质模型的建立和求解、中试放大设计与安装。研究的最终目的是出合格的产品和产业化。 本文首先提出了要想在短程蒸馏设备中分离出TDI,得到合格的聚氨酯固化剂产品,需要从合成固化剂入手,分子量小、反应完全的聚氨酯固化剂更适合在短程蒸馏设备中进行分离,所以研究探讨了聚氨酯合成工艺。本论文研究显示分段升温反应有利于降低固化剂粘度;TDI和TMP的配比越大,固化剂粘度越小,但为了给后处理减小蒸馏负荷,确定TDI/TMP的质量比为4.6:1;研究了酸碱度对反应的影响,反应体系偏碱性加速副反应,酸性较强也会加速副反应,研究显示加入少量磷酸有利于粘度的降低,提出了副反应抑制机理;研究显示采用一次加料的方式有利于粘度的降低:此外还探讨了水对反应的危害和TMP脱水的必要性。本文还对合成的固化剂进行了表征,从红外图谱可以看到,即使反应中TDI过量很多,但还是有羟基的存在,说明TMP上的三个羟甲基在表观上虽然是伯醇,但由于距离很近导致空间位阻效应,所以三个羟甲基属于空间不舒展结构,但蒸馏之后羟基没有了,说明蒸馏所处的高温下固化剂中的羟基可以反应完全,论证了三羟甲基丙烷有几个官能团数和反应条件有关。通过这些研究最终合成出粘度低、分子量小的固化剂,这样的固化剂更适合在短程蒸馏设备中进行分离而不堵塞设备。 合成出的聚氨酯固化剂在型号为MD-S80短程蒸馏设备中进行了分离研究,提出了工艺、装配一体化进行分离的研究思路,探讨了蒸馏温度、蒸馏压力、物料进料速率、刮板转速等因素对分离的影响。实验显示温度越高、蒸馏压力越小、物料进料速率越低、刮板转速越大越有利于TDI的分离。但温度越高,副反应越多,蒸馏压力越低,设备投入越大。研究表明调整分离参数,采用二级和三级蒸馏都可以将固化剂中的游离TDI降低到0.5%以下。对于合成的固化剂做了配漆实验,调整溶剂配比顺利的解决了涂膜针孔和气泡问题。 本文对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的混合体系进行了分离实验,并对短程蒸馏的传质和传热过程进行了分析,通过对短程蒸馏设备的刮板进行改造,避免或减少头波(bow wave)的形成,作了诸多合理简化和假设,从连续性方程和Nayier-Stokes运动方程入手,推导出了流速公式,建立了传质和传热模型,并针对聚氨酯这一类特殊的体系提出和求解了一个半经验模


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