导　　师： 陈焕钦

学科专业： H1701

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

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(BOWWAVE)的形成，作了诸多合理简化和假设，从连续性方程和NAVIER-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型，并利用这个模型设计中试设备主体。 　　本文在实验室研究的基础上作了中试设计、设备安装和中试研究准备工作，中试设计包括中试工艺设计、中试设备选型、主体设备设计，在中试设计过程中对原来的MD-S80设备进行了放大设计和改造，改造后的设备会更适合聚氨酯固化剂在其中蒸馏TDI。这些研究工作为工业化作了技术上的准备。

关 键 词： 聚氨酯 固化剂 甲苯二异氰酸酯 短程蒸馏

分 类 号： [TQ323.8 TQ314.256]

领　　域： [化学工程] [化学工程]