CN101050262A - 一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，属于聚合物制备技术领域。一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，特征在于在干燥、熟化系统后增加均化料仓，将不同批次的TPU颗粒进行掺混均化降低不同批次产品之间物性差异。首先将二异氰酸酯，大分子二元醇，扩链剂及各种助剂加入反应器，如双螺杆反应挤出机，反应完全后直接从双螺杆中挤出进行造粒；然后将颗粒输送到干燥、熟化系统，干燥、熟化系统出来的颗粒被输送进入均化料仓，掺混、均化，得到质量稳定的TPU颗粒，包装得成品。本发明将均化料仓用于TPU的生产过程，使经过干燥熟化的TPU颗粒先经过均化料仓进行掺混然后再进行包装，从而能够消除同一牌号产品不同批次之间的质量波动。

Description

一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺

技术领域

本发明涉及一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，属于聚合物制备技术领域。

背景技术

对于热塑性聚氨酯弹性体(TPU)的生产来说，由于聚合物本身的特殊性，同一牌号的产品尽管工艺参数设置，配方等尽可能控制相同，但不同批次的产品之间相关物性参数会有一定的差异(尽管都被认为是合格品)，即所谓的质量波动。这种质量波动会给下游客户的使用带来不利影响。例如对于TPU来说，下游客户主要是抽丝，拉膜，注塑，由于质量波动造成下游客户的生产不稳定，拉膜不均匀，有厚有薄，抽丝易断，注塑物件强度不稳定等。

当然，影响产品质量的因素很多，如原料产地，生产过程中压力、温度、催化剂活性的变化等，这些因素都会导致不同批次产品之间的质量波动，这里所指的波动一般为物性参数，如分子量，密度，熔融指数，含水量等。

传统的热塑性聚氨酯弹性体TPU生产工艺过程如下：

将二异氰酸酯，大分子二元醇，扩链剂及各种助剂或全部加入挤出机进行反应连续生产或是采用分步加入间歇生产，然后由挤出机挤出造粒，颗粒经过熟化、干燥后直接进行包装。这种过程生产出来的产品不同批次之间的物性参数会差异较大，从而不利于下游客户的再加工。

近几年，随着中国整体工业水平的提高，各种混合效率高，能耗低的均化料仓不断的涌现出来。中国专利200520041945.4公开了一种均化料仓，该均化料仓包括上部筒体、三腔掺混管、下部锥体以及与下部锥体通过中心管相连的掺混室，还包括与所述的下部锥体相连的、至少一个以上的脱气管。该均化料仓具有以下优点：能够提高一次掺混后的掺混率；提高一次掺混率合格前提下的输送量；脱除半成品和成品中残留的少量反应釜或聚合塔中未反应完全的废气单体或挥发性气体，提高半成品和成品的质量；脱除半成品和成品中残留的少量水分，使半成品和成品进一步干燥；对于高于室温的半成品和成品，可以降温冷却。

中国专利97109113.7公开了一种组合混合式粉状物料均化系统，该系统是由2-5级并行均化装置以串行方式构成，各并行均化装置含3-15个料仓，每级料仓下部有卸料装置和输料装置。该组合系统的优点是投资省，能耗低，操作简单，易于维护，均化效果好，适合于粉状物料的均化。

对于TPU颗粒的生产，目前，还没有生产厂家将均化料仓这种设备用于TPU的生产过程。

均化料仓与早期采用的外循环掺混技术相比，早期采用的外循环掺混技术存在以下不足：(1)投资大，能耗高，外循环增加了动力设备和能源消耗，增加了生产成本；(2)产品质量差，物料经过多次循环，磨损较严重，影响产品质量；(3)安全性差，由于长时间的循环，物料会产生大量静电和粉尘，造成环境污染，危害人体健康。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除目前热塑性聚氨酯弹性体TPU生产中不同批次产品之间的质量波动，满足下游客户对TPU质量稳定性的要求的热塑性聚氨酯弹性体生产工艺。

一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特殊之处在于在热塑性聚氨酯弹性体TPU生产工艺中干燥、熟化系统后增加均化料仓(也称为掺混料仓)，将不同批次的TPU颗粒进行掺混均化可以降低不同批次产品之间的物性差异，如颗粒的分子量及其分布，熔融指数，熔体强度，密度，水分等，使质量波动得到控制；此外，在TPU经过均化料仓的过程中可以进一步被干燥，降低水分含量，有利于TPU下游客户的稳定化生产。

对于连续化生产方式，增加均化料仓，首先将二异氰酸酯，大分子二元醇，扩链剂及各种助剂加入反应器，如双螺杆反应挤出机，反应完全后直接从双螺杆中挤出进行造粒；

然后将颗粒输送到干燥、熟化系统，由干燥、熟化系统出来的颗粒接着被输送进入均化料仓，均化料仓用于TPU颗粒的掺混，均化，经均化料仓充分掺混，得到质量稳定的TPU颗粒，最后进行包装得到成品。

对于间歇式生产方式，增加均化料仓，从开始反应至颗粒进入干燥熟化阶段的工艺过程与传统的间歇生产工艺过程相同，不同之处是经过熟化后TPU颗粒先进入均化料仓进行掺混然后再进行包装。

应用的均化料仓主要是重力式均化料仓，依靠料仓内物料颗粒自身的重力而流动，掺混过程几乎无能量消耗，而且由于物料在料仓中低速运行，几乎不产生静电和粉尘，物料磨损较轻，重力掺混完全克服了外循环掺混的弱点。

重力式均化料仓按物料在料仓内的流型分为两类：

一类为全流流动，物料在料仓内以活塞流的形式流动，可分为多掺混管式均化料仓、中心掺混管式均化料仓和贴壁掺混管式均化料仓3种，其中多掺混管式为其基本形式，其余两种结构是在多掺混管式的基础上演变而来；另一类为核流流动，物料在料仓内是以沟流的形式流动，典型的结构形式为旋叶式掺混均化料仓。

对于多掺混管式均化料仓，由于料仓内固体物料流场力的大小和方向不断变化，极易引起均化管支撑件的疲劳破坏，影响掺混效果。贴壁掺混管式均化料仓，将多掺混管式均化料仓的均化管改型后直接焊接在料仓内壁上，能够客服多掺混管式均化料仓的不足，但是它对料仓内径向分布的物料难以混合均匀。旋叶式均化料仓在中心管和中间的锥体之间增加了旋叶片，能够达到混合物料的目的，但存在物料未完全形成核流流动形态前掺混性能差的缺点。

组合式均化料仓适应于均化料仓大型化、均化性能和循环比有特殊要求的情况。它是上面所述4种形式的均化料仓组合而成，组合形式有中心掺混管—贴壁式掺混管式，旋叶—贴壁式掺混管式等形式。组合式均化料仓能够克服单一形式均化料仓的缺点，满足更为苛刻的混合要求。

在选择均化料仓的类型时应按以下原则进行：

1、各种形式的均化料仓各有特点，无优劣之分，只是应用领域不同；

2、根据不同掺混要求，均化料仓应该能简就简，尽可能选择贴壁式或旋叶式等结构简单和故障率低的均化料仓；

3、对料仓体积大，混合要求高的均化料仓应采用多掺混管式或组合式均化料仓；

4、当颗粒粒度或密度足以影响物料的使用性能(产生颗粒离散现象)时不宜采用中心掺混管式均化料仓和贴壁掺混管式均化料仓。

在本发明中，考虑到TPU颗粒的特点及掺混要求，优选贴壁掺混管式均化料仓。

热塑性聚氨酯弹性体间歇生产工艺包括反应系统、粉碎系统、造粒系统、干燥熟化系统、均化系统、包装系统。

热塑性聚氨酯弹性体连续生产工艺包括反应造粒系统、干燥熟化系统、均化系统、包装系统。

所述TPU可以是聚酯型TPU，聚醚型TPU，聚碳酸酯型TPU，聚己内酯型TPU等类型中的任意一种。

本发明中所用的重力式均化料仓，依靠物料自身的重力，高质量地完成掺混过程，具有节能、高效的优点，几乎不消耗能量；同时由于均化料仓中TPU物料运动速度极慢，不会发生产品粉碎，设备磨损的情况。

总之，经过改进后的TPU生产工艺，较原来没有使用均化料仓时所消耗的额外能量所需要的成本比由于质量波动引起的客户退换货所带来的损失要小的多，而且有利于公司提高声誉，扩大客户量，间接带来的潜在效益更是不可估量。

本发明涉及TPU生产过程中工艺改进，在此工艺中，将均化料仓用于TPU的生产过程，使经过干燥熟化的TPU颗粒先经过均化料仓进行掺混然后再进行包装，从而能够消除同一牌号产品不同批次之间的质量波动，提供质量稳定的TPU颗粒，满足下游客户对质量稳定性的要求。

具体实施方式

下面通过具体实施例的实现来进一步加深理解本发明，但本发明并不局限于以下具体实施例。

一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，为了达到质量控制的要求，对目前TPU的生产工艺进行改进，将均化料仓用于TPU的生产过程。

对于连续化一步生产，首先将二异氰酸酯，大分子二元醇，扩链剂及各种助剂加入反应器，如双螺杆反应挤出机，反应完全后直接从双螺杆中挤出进行造粒；

然后将颗粒输送到干燥、熟化系统，由干燥、熟化系统出来的颗粒接着被输送进入均化料仓，经均化料仓充分掺混，最后进行包装得到成品。

对于间歇式生产方式均化料仓同样适用，其中从开始反应至颗粒进入干燥熟化阶段的工艺过程与传统的间歇生产工艺过程相同，不同之处是经过熟化后TPU颗粒先进入均化料仓进行掺混然后再进行包装。

本实施例中所用均化料仓的容积为240m³，最高工作压力为0.01MPa，最高工作温度为100℃。对于TPU物料，该料仓最多可容纳的TPU的重量为120吨，正常运转时的工作压力为0.002MPa，掺混温度为50-70℃，每小时的混合能力为10吨。对于我公司的TPU生产设备，目前的生产能力是每个批次最多可生产TPU 30吨，由均化料仓的容积可知，我们至少可将4个批次的产品进行均化掺混，从而大大提高产品的质量稳定性，满足下游客户对质量稳定性的要求。

下面表通过不同批次产品不经过掺混和经过均化料仓掺混后物性波动的数据进一步说明均化料仓在TPU质量控制中的作用。

表1：未经过均化料仓的不同批次产品的物性以及经过均化料仓掺混后的物性

样品名称	硬度(shoreA)	100％模量(MPa)	300％模量(MPa)	抗张强度(MPa)	撕裂强度(MPa/mm)	伸长率(％)
							8180RVA1	79	5.29	11.13	33.45	72.4	550
8180RVA2	79	5.78	13.27	32.33	79.1	480
							8180RVA3	82	6.33	14.11	36.26	87.38	470
8180RVA4	81	6.36	10.7	24.83	84.9	620
							8180RVA5	80	5.69	10.19	28.13	82.38	630
8180RVA6	80	5.55	9.26	27.55	79.48	610
							8180RVA7	81	5.54	9.92	28.84	80.5	630
混合后	81	5.51	9.94	27.98	83.45	620

Claims (10)

1、一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，在热塑性聚氨酯弹性体TPU生产工艺中干燥、熟化系统后增加均化料仓，将不同批次的TPU颗粒进行掺混均化。

2、按照权利要求书1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，对于连续化生产方式均化料仓，首先将二异氰酸酯，大分子二元醇，扩链剂及各种助剂加入反应器，反应完全后直接从双螺杆中挤出进行造粒；

然后将颗粒输送到干燥、熟化系统，由干燥、熟化系统出来的颗粒接着被输送进入均化料仓，均化料仓用于TPU颗粒的掺混，均化，经均化料仓充分掺混，得到质量稳定的TPU颗粒，最后进行包装得到成品。

3、按照权利要求书1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，对于间歇式生产方式均化料仓，经过干燥、熟化系统后TPU颗粒先进入均化料仓进行掺混，然后再进行包装。

4、按照权利要求书1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，应用的均化料仓是重力式均化料仓。

5、按照权利要求书4所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，均化料仓工作压力为0.002MPa，掺混温度为50-70℃。

6、按照权利要求书4所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，均化料仓最高工作压力为0.01MPa，最高工作温度为100℃。

7、按照权利要求书4所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，重力式均化料仓为为多掺混管式均化料仓或中心掺混管式均化料仓或贴壁掺混管式均化料仓。

8、按照权利要求书4所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，重力式均化料仓为核流流动，物料在料仓内是以沟流的形式流动，结构形式为旋叶式掺混均化料仓。

9、按照权利要求书4所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，应用的均化料仓是组合式均化料仓，组合形式为中心掺混管-贴壁式掺混管式，或旋叶-贴壁式掺混管式。

10、按照权利要求书1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体生产工艺，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体TPU是聚酯型TPU，或聚醚型TPU，或聚碳酸酯型TPU，或聚己内酯型TPU。