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聚氨酯固化剂是制备双组分聚氨酯涂料和聚氨酯胶粘剂等精细化学品的主要组份。国内外对高性能的聚氨酯固化剂具有巨大的市场需求。但是,聚氨酯固化剂综合性能差是我国长期存在的一个未解决的问题,主要是固化剂中游离异氰酸酯单体含量过高,它不但影响固化剂的性能,而且会污染环境、严重危害人们的身体健康。针对这种情况,本文以甲苯二异氰酸酯(TDI)和三羟甲基丙烷(TMP)为主要原料,采用“工装一体化”的思路,从固化剂的合成和游离TDI单体的分离两个方面着手开展了无毒级聚氨酯固化剂(游离TDI单体含量小于0.5％)的制备研究。
本文研究了加料方式、溶剂、反应温度及升温控温方式、反应时间等因素对聚氨酯预聚物合成反应的影响,确定了较优的合成聚氨酯固化剂预聚物的反应参数。研究了TDI和TMP的配比对产物性能的影响,确定了采用TDI大量过量的合成配方。研究了PH值对固化剂合成的影响,发现在弱酸性条件下副反应较少,确定采用少量磷酸抑制副反应的发生。在优化的实验条件下,合成出了分子量小、粘度低、适合于在薄膜蒸发设备中进行游离TDI分离的聚氨酯固化剂预聚物。
本文采用“工装一体化”的思路、从设备和工艺两个方面进行游离TDI分离过程的研究。采用MD-S80薄膜蒸发设备分离聚氨酯固化剂中游离的TDI单体,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,优化和调整工艺,使最终产物达到预期的性能指标。实验表明,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,设备投入也就越大。在优化的实验条件下,本研究获得了固含量为75％、TDI含量为0.41％、-NCO含量为13.2％的聚氨酯固化剂,产品性能达到了国际先进水平。
此外,在实验室研究的基础上,本文还在年产160吨无毒级聚氨酯固化剂的中试成套设备上进行了中试研究,所得固化剂的TDI含量、-NCO含量均达到预定目标。使用合成的固化剂进行配漆实验,所得涂膜性能优良。这些研究为产品的工业化生产积累了宝贵的数据和信息。