聚氨酯无毒固化剂研究

论文题目: 聚氨酯无毒固化剂研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程

作者: 胡孝勇

导师: 陈焕钦

关键词: 聚氨酯,固化剂,短程蒸馏,分离

文献来源: 华南理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 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

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 聚氨酯的发展

1.3 聚氨酯化学

1.4 聚氨酯涂料

1.4.1 单组分聚氨酯涂料

1.4.2 聚氨酯改性油涂料

1.4.3 单组份封闭型聚氨酯涂料

1.4.4 湿固化型聚氨酯涂料

1.4.5 双组分聚氨酯涂料

1.4.5.1 催化固化型双组份聚氨酯涂料

1.4.5.2 NCO/OH型(多羟组份固化型)

1.5 聚氨酯固化剂

1.6 预聚物中游离 TDI分离

1.6.1 TDI过量的原因

1.6.2 异氰酸酯对人体的危害

1.6.3 分子筛吸附法

1.6.4 萃取法

1.6.5 化学反应法

1.6.6 共沸蒸馏法

1.6.7 薄膜蒸发法

1.7 分子蒸馏技术的研究进展

1.7.1 分子蒸馏技术的基本原理

1.7.2 分子蒸馏设备的研究进展

1.8 分子蒸馏应用的研究进展

1.8.1 废机油的回收和高粘度润滑油的制造

1.8.2 天然产物的分离

1.8.3 核工业中的应用

1.8.4 聚合物中的应用

1.8.5 高浓度单甘酯的制备

1.8.6 石油工业中渣油的处理

1.8.7 重金属的脱除

1.9 分子蒸馏传递模型的研究

1.9.1 蒸发系数法

1.9.2 分子蒸馏数学模型法

1.9.3 冷凝过程对分子蒸馏的影响研究

1.9.4 分子蒸馏过程平衡方程

1.10 本研究课题的来源及主要研究内容

1.11 本研究的难点与创新点

第二章 TDI-TMP聚氨酯固化剂研究

2.1 TDI-TMP聚氨酯固化剂

2.2 TDI单体过量的原因

2.3 实验部分

2.3.1 反应原料

2.3.2 实验仪器设备

2.3.3 实验设计

2.3.4 实验步骤

2.3.5 分析与测试

2.4 实验结果与讨论

2.4.1 反应温度对聚氨酯固化剂合成的影响

2.4.2 单体配比对聚氨酯固化剂合成的影响

2.4.3 酸碱度对聚氨酯固化剂合成的影响

2.4.4 加料方式对聚氨酯固化剂合成的影响

2.4.5 水对聚氨酯固化剂合成的影响

2.5 固化剂表征

2.6 反应机理探讨

2.7 本章小结

第三章工装一体化分离聚氨酯固化剂中的 TDI

3.1 薄膜蒸发器和短程蒸馏

3.2 MD-S80短程蒸馏设备及工艺计算

3.2.1 MD-S80短程蒸馏设备

3.2.2 真空系统设计

3.2.3 装置性能

3.2.4 MD-S80短程蒸馏设备的改造

3.3 二级蒸馏结果与讨论

3.3.1 分离工艺与分析方法

3.3.2 蒸馏温度对分离 TDI的影响

3.3.3 蒸馏绝压对分离 TDI的影响

3.3.4 刮膜转速对分离 TDI的影响

3.3.5 进料速度对分离 TDI的影响

3.3.6 进料温度的探讨

3.4 两级短程蒸馏结果与讨论

3.4.1 蒸馏温度对分离 TDI的影响

3.4.2 蒸馏绝压对分离 TDI的影响

3.4.3 刮板转速对分离 TDI的影响

3.4.4 进料速率对分离 TDI的影响

3.5 利用无毒固化剂配漆

3.5.1 成膜原理

3.5.2 配方计算

3.5.3 溶剂对涂料的影响

3.6 本章小结

第四章 MD-S80短程蒸馏设备传质研究

4.1 蒸馏体系的物性参数

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 温度对蒸馏的影响

4.2.2 真空度对蒸馏的影响

4.2.3 进料速率对蒸馏的影响

4.2.4 刮板转速对蒸馏的影响

4.3 传质机理探讨

4.4 刮膜短程蒸馏过程的数学描述

4.4.1 速率方程

4.4.2 传质和传热方程

4.4.3 模型求解

4.5 本章小结

第五章中试设计与研究

5.1 工艺流程设计要求和流程

5.1.1 中试设计要求

5.1.2 中试流程设计

5.1.3 物料和水的流程及操作规程

5.2 中试装置所需设备和设计要求

5.3 分离设备改造

5.4 中试设备验收

5.4.1 设备的空载真空度

5.4.2 验收设备的工艺管路的通畅性

5.5 本章小结

结论与展望

主要符号说明

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和专利

致谢

发布时间: 2006-10-17

参考文献

[1].基于TMXDI的丙烯酸改性聚氨酯水性分散体的合成与应用基础研究[D]. 蔡正伟.武汉大学2014
[2].新型生物医用聚氨酯的合成、结构与性能研究[D]. 谭鸿.四川大学2004
[3].马来酸酐改性蓖麻油制备水性聚氨酯的研究[D]. 鲍利红.大连理工大学2006
[4].可降解聚氨酯共聚物的合成、结构与性能研究[D]. 刘彩兵.四川大学2007
[5].超支化聚氨酯储能和形状记忆材料的研究[D]. 曹琪.湘潭大学2006

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