TPU生产配方的设计与调整.doc

TPU生产配方的设计与调整 ? 38? 聚氨酯工业 P0LYURETHANEINDUSTRY 2005年第20卷第4期 2005.Vo1.20No.4 ? 技术交流? TPU生产配方的设计与调整 张欢琴白子文 (山西吕梁市会计学校离石033000) 摘要:简要介绍了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)生产中有关配方的设计与计算,讨论了反应程度, 原料性能以及计量精度对rrPu性能和质量的影响. 关键词:TPU;值;聚合度;相对分子质量;配方设计 热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种特殊的弹性 材料,具有高模量,高强度,高伸长率,高弹性以及优 良的耐磨,耐油,耐低温,耐老化等性能,也是一种新 型的环保材料.TPU与其他聚氨酯弹性体如浇注型 聚氨酯弹性体(CPU)相比,明显的优势是可连续化 生产,生产效率高,质量均一性好,边角料和废料可 回收利用.TPU的硬度介于橡胶和塑料之间,可采 用挤出,注塑,吹塑,压延,熔融纺丝等方法加工成不 同用途的产品.由于TPU的优越性能和加工方法 的多样性,TPu在诸多领域已得到蓬勃发展,尤其在 我国其发展速度很快,超过了欧美日,因此近年来中 国市场已成为国内外TPU业界关注的焦点. TPU的生产是一个精确度要求非常高的系统工 程,在每一种原料,每一个过程中出现的微小变化, 都可能对产品的质量与性能产生很大的影响.这就 要求我们在生产中,必须严格检测每一种原料的质 量指标,严格监控每一个工艺参数,严密注意每一台 设备的运行,严格控制每一段工艺过程,从配方的设 计,原料的采购,投料量的调整,计量系统的校正以 及水下切粒,后熟化等每个过程中温度等工艺参数 的控制,到最终产品的质量检测,都必须有一套严格 的规范. 1配方的设计与计算 1.1设计参数 TPU具有典型的嵌段结构,即在大分子中含有 软段与硬段结构.由于TPU中基本没有交联结构, 其强度主要来自分子内的共价键力及大分子之间的 范德华力与氢键.大分子中软段与硬段的结构,比 例,形成氢键的能力以及结晶性能,决定了TPU的 弹性,强度,伸长率以及耐水性能,耐磨性能,高低温 性能等所有特性.生产配方的确定,必须满足TPU 的性能要求. 在设计配方时,首先根据性能要求选定主要原 料,如强度与耐磨性要求高而耐水性要求一般时,可 选用聚酯;弹性与低温性能要求高时,应选用一 MEG;耐水性与电绝缘性要求高时,可选择聚丁二烯 多元醇;强度,耐磨性,耐水性要求都高且成本限制 不严时,可选用聚碳酸酯多元醇;等等. 在确定了主要原料后,还需确定有关参数.在 TPU配方设计过程中,通常以异氰酸酯指数值 (即NCO/OH比值)与硬段含量(C)作为参数,并 以大分子二元醇的量为100作为基数来进行配方的 计算. 1.1.1R值的确定 在TPU的生产中,一般情况下R值控制在0.95 ～ 1.05,大多数在0.98～1.02之间.当Rlt;1时,所 制的TPU为纯线性结构,属热塑性产品;Rgt;1时, 除生成线性TPU外,还有部分支化甚至交联结构 TPu的生成,产品为半热塑性产品.纯线性结构的 TPu可熔可溶,既可以进行熔融加工如挤出,压延, 注塑,吹塑等,也可以进行溶液加工如制成涂料,胶 粘剂,浆料等.而半热塑性TPU则可熔,但不全溶, 只能进行熔融加工,不能进行溶液加工.因此,在设 计配方时,应根据产品的性能要求选择适宜的 值. 此外值对产品的相对分子质量也有直接的 影响.根据反应方程式: 第4期张欢琴等?TPU生产配方的设计与调整?39? nOCN—AC0+(n+1)HO—AOH— HO—A七OcO—NH—A—NH—cOOAOOH 可得出:=nMNco+(n+1)MoH 又R=n/(n+1),故M=nMNco+(n+1)MoH= (MoH+RMNco)/(1一R)(1) [若NCO过量,则M=(MNco+R/MoH)/(1一 R),这里,=OH/NCO] 另外,TPU的合成反应机理为逐步加成缩聚反 应,符合缩聚反应机理J.按照缩聚反应机理,可 以推出下式: TPU的最大平均聚合度m…(数均)=(R+1)/ (2I一1I)(2) 可以得出:当R=1时,m…=∞ 当R=0.99时,m=99.5 当R=0.98时,m…=49.5 由上述可见,值对TPU的相对分子质量有很 大影响.表1是以MDI,1,4-BDO和PBA(M= 1000)为原材料合成硬段质量分数(C)为50%的 TPU为例,以(1)和(2)式计算出相对分子质量的比 较. 表1不同置值下TPU的相对分子质量 注:当R=1时.配万为PBA:MDI:1,4一BDO=1LHJ:80.15:19.,; = 0.99时,配方为PBA:MDI:1,4-BDO=100:79.93:20.07;R= 0.98时,配方为PBA:MDI:1,4一