聚氨酯化学和工艺省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 聚氨酯化学与工艺聚氨酯化学与工艺基本原料基本原料第一节第一节有机异氰酸酯有机异氰酸酯第二节第二节低聚物多元醇化合物低聚物多元醇化合物第三节第三节 扩链(交联)剂扩链(交联)剂第四节第四节 催化剂催化剂第五节第五节 其它主要配合剂其它主要配合剂第六节第六节 第七节第七节 聚氨酯分类及研究发展聚氨酯分类及研究发展第1页教学目标及要求教学目标及要求 经过本章学习,了解聚氨酯材料制备经过本章学习,了解聚氨酯材料制备所用原料规格、种类及相关指标,重点了所用原料规格、种类及相关指标,重点了解聚合物多元醇种类及惯用具种,异氰酸解聚合物多元醇种类及惯用具种,异氰酸酯种类及惯用具种,固化剂种类及品种,酯种类及
2、惯用具种,固化剂种类及品种,以及催化剂、发泡剂、稳定剂等相关助剂以及催化剂、发泡剂、稳定剂等相关助剂种类及各自特征种类及各自特征。第2页 基本原料基本原料 聚氨酯树脂主要原料是含异氰酸酯基(聚氨酯树脂主要原料是含异氰酸酯基(NCONCO)多异氰酸酯多异氰酸酯(isocyanateisocyanate)和含活泼氢聚醚和含活泼氢聚醚(ployether ployolployether ployol)与聚酯多元醇与聚酯多元醇(polyester polyester ployolployol)。将以上两种基本原料进行化学改性,这种。将以上两种基本原料进行化学改性,这种改性多元醇中间体,可制成含有特殊工
3、艺和特殊物改性多元醇中间体,可制成含有特殊工艺和特殊物理性能聚氨酯树脂,从而增加聚氨酯品种与应用领理性能聚氨酯树脂,从而增加聚氨酯品种与应用领域。除以上原料外,聚氨酯树脂产品广泛采取催化域。除以上原料外,聚氨酯树脂产品广泛采取催化剂、交联剂、扩链剂、发泡剂等助剂,可经过聚氨剂、交联剂、扩链剂、发泡剂等助剂,可经过聚氨酯树脂生产工艺、降低成本,延长使用寿命,增加酯树脂生产工艺、降低成本,延长使用寿命,增加品种等。品种等。第3页第4页第一节有机异氰酸酯第一节有机异氰酸酯一、一、结构特点结构特点在分子结构中含有在分子结构中含有异氰酸酯基团异氰酸酯基团(N NC CO O)化合物,均称为异氰酸酯(化合
4、物,均称为异氰酸酯(isocyanateisocyanate),其结构通其结构通式以下:式以下:R(NCO)n 式中式中R R为烷基、芳基、脂环基等;为烷基、芳基、脂环基等;n n1 1、2 2、3 3.整数。在聚氨酯材料合成中,主要使用整数。在聚氨酯材料合成中,主要使用n2n2异氰酸异氰酸酯化合物。酯化合物。第5页(2 2)异氰酸酯结构)异氰酸酯结构二、二、异氰酸酯分类异氰酸酯分类(Bayer企业产品示例企业产品示例)(1 1)异氰酸酯基团数量)异氰酸酯基团数量第6页(3 3)通用型有机异氰酸酯()通用型有机异氰酸酯(TDITDI,MDIMDI)(4 4)是否黄变)是否黄变 1 1、非黄变型
5、异氰酸酯、非黄变型异氰酸酯 a.a.亚甲基型(亚甲基型(XDIXDI,TMXDITMXDI)b.b.脂肪族和脂环族(脂肪族和脂环族(HDIHDI,TMHDITMHDI,HTDIHTDI)2 2、黄变型异氰酸酯、黄变型异氰酸酯 芳香族异氰酸酯芳香族异氰酸酯(TDI(TDI、MDIMDI、PAPI)PAPI)第7页三、主要异氰酸酯三、主要异氰酸酯1)甲苯二异氰酸酯)甲苯二异氰酸酯 (toluene diisocyanate,TDI)第8页 甲苯二异氰酸酯是最早在聚氨酯材料中使甲苯二异氰酸酯是最早在聚氨酯材料中使用异氰酸酯。因其有两个异氰酸酯基团在苯用异氰酸酯。因其有两个异氰酸酯基团在苯环上所处位置
6、不一样,它有环上所处位置不一样,它有2 2,4 4甲苯二异甲苯二异氰酸酯和氰酸酯和2 2,6 6甲苯二异氰酸酯两种异构体。甲苯二异氰酸酯两种异构体。分子量:分子量:174.2 当当 量:量:87.1 官能度:官能度:f=2第9页TDITDI规格、物性和质量指标规格、物性和质量指标规规格格T-100T-80T-65相相对对分子量分子量174.2174.2174.2密度(密度(20)/g/cm31.221.221.22沸点沸点/251251251纯纯度度/%99.599.699.52,4-体含量体含量/97.597.58026522,6-体含量体含量/2.52.5202352NCO含量含量%48.
7、348.348.3蒸汽蒸汽压压(20)/Pa约约1.33约约1.33约约1.33主要用途主要用途弹弹性体性体C.A.S.E.F软软泡、粘合泡、粘合剂剂等等当前商业产品有当前商业产品有3种规格甲苯二异氰酸酯种规格甲苯二异氰酸酯:第10页T-65为为2,4-TDI和和2,6-TDI两种两种异构体百分比异构体百分比为为(652)%和(和(352)%混合体,它主要用于生产混合体,它主要用于生产软质聚氨酯泡沫塑料。软质聚氨酯泡沫塑料。T80为为2,4TDI和和2,6TDI两种异构体百分比为两种异构体百分比为(802)%和(和(202)%混合体,它主要用于聚氨混合体,它主要用于聚氨酯泡沫塑料以及其它聚氨酯
8、产品生产,是产量最酯泡沫塑料以及其它聚氨酯产品生产,是产量最高、用量最大甲苯二异氰酸酯。高、用量最大甲苯二异氰酸酯。第11页T100为为2,4TDI含量大于含量大于95%产品产品,其,其2,6TDI含量甚微,主要用于聚氨酯橡胶、涂料、含量甚微,主要用于聚氨酯橡胶、涂料、纤维等对性能要求较高产品。纤维等对性能要求较高产品。第12页纯纯MDIMDI商品是白色至浅黄色固体。其主要化学结构商品是白色至浅黄色固体。其主要化学结构为为4,44,4MDIMDI,另外它还有另外两种异构体:,另外它还有另外两种异构体:2,42,4MDIMDI和和2,22,2MDIMDI。2 2)二苯基甲烷)二苯基甲烷-4,4-
9、4,4-二异氰酸酯(二异氰酸酯(MDIMDI)第13页二苯基甲烷二苯基甲烷4 4,4 4二异氰酸酯(二异氰酸酯(4 4,4-4-diphenylmethane diisocyanate,MDIdiphenylmethane diisocyanate,MDI)是继是继TDITDI以以后发展起来、极其主要有机异氰酸酯。因为它含有后发展起来、极其主要有机异氰酸酯。因为它含有两个苯环,分子量比两个苯环,分子量比TDITDI大,产品挥发性较小,蒸气大,产品挥发性较小,蒸气压较低,对人体毒性相对较小,有利于工业安全防压较低,对人体毒性相对较小,有利于工业安全防护,故很受聚氨酯工业欢迎。护,故很受聚氨酯工业
10、欢迎。与与TDITDI相比,相比,MDIMDI含有反应速度快、安全系数较含有反应速度快、安全系数较高、节能环境保护、产品多样化等优点。高、节能环境保护、产品多样化等优点。分子量:分子量:250 250 当量:当量:125 125 官能度:官能度:f=2f=2 Bayer企业企业MDI指标指标 第14页3)多苯基甲烷多异氰酸酯()多苯基甲烷多异氰酸酯(PAPI)第15页 多苯基甲烷多异氰酸酯多苯基甲烷多异氰酸酯(polyphenylmethane polyisocyanate,PAPI)是褐色透明状液体,实际上是褐色透明状液体,实际上它是含有不一样官能度多异氰酸酯混合物。当前国它是含有不一样官能
11、度多异氰酸酯混合物。当前国内外许多厂家和生产都又称其为聚合内外许多厂家和生产都又称其为聚合MDIMDI或粗品或粗品MDIMDI。通常要求通常要求MDIMDI应占混合物总量应占混合物总量50%50%左右。主要用于制左右。主要用于制备聚氨酯硬质泡沫塑料、防水材料等制品。备聚氨酯硬质泡沫塑料、防水材料等制品。第16页产品牌号产品牌号外观外观NCO含含量量/%粘度粘度(25)/mPas特点及经典应用日本聚氨酯工业株式会社日本聚氨酯工业株式会社Millionate MR-100Millionate MR-200 Millionate MR-300 Millionate MR-400褐色液体褐色液体褐色液
12、体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体30.032.0 30.031.5 30.031.5 29.031.0100250100250129300400700反应性较高,喷涂成型,合成木材经典反应活性,普通硬泡、半硬泡经典反应活性,普通硬泡、半硬泡高官能度,特殊硬泡Bayer AG Desmodur 44V10 Desmodur 44V20 Desmodur 44V4030.032.0 30.032.0 30.032.0110150 160240 350450硬质泡沫硬质泡沫硬泡及弹性体硬泡及弹性体硬泡及弹性体硬泡及弹性体BASF Wyandotte Corporation Lupranat
13、e M10 Lupranate M20 Lupranate M205 Lupranate 200褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体31.731.431.430.060200200PAPI 经典产品规格经典产品规格第17页产品牌号产品牌号外观外观NCO含含量量/%粘度粘度(25)/mPas特点及经典应用烟台万华集团烟台万华集团PM-100PM-130PM-200PM-300PM-400棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体棕色液体30.032.030.532.030.532.030.032.030.032.0100250100150
14、150250250350350700通用硬泡、保温材料通用硬泡、保温材料结构泡沫、自结皮泡沫结构泡沫、自结皮泡沫硬泡保温材料硬泡保温材料硬泡保温材料、异氰脲酸酯泡沫硬泡保温材料、异氰脲酸酯泡沫高粘度、高官能度(高粘度、高官能度(f2.93.0)日本日本Upjohn PAPI PAPI-135 PAPI-901 Isonate 580褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体 31.5 31.1 31.1 30.0250 20080580各种硬泡各种硬泡喷涂硬泡、高密度合成材料喷涂硬泡、高密度合成材料半硬泡、硬泡、微孔弹性体半硬泡、硬泡、微孔弹性体硬泡、异氰脲酸酯泡沫硬泡、异氰脲酸酯泡沫第
15、18页4)液化)液化MDI 液化液化MDIMDI是经过液化改性是经过液化改性MDIMDI,它克服了纯,它克服了纯MDIMDI一一些缺点,也为些缺点,也为MDIMDI基聚氨酯材料性能提升和改进提供基聚氨酯材料性能提升和改进提供了在了在MDIMDI原料上进行大范围改性基础。液化原料上进行大范围改性基础。液化MDIMDI改性方改性方法有以下几个:法有以下几个:氨基甲酸酯氨基甲酸酯(urethane)改性液化改性液化MDI。碳化二亚胺碳化二亚胺(carbodiimide)和脲酮亚胺和脲酮亚胺 (uretonimine)型改性液化型改性液化MDI掺合型液化掺合型液化MDI(产品举例产品举例)第19页产品
16、名称产品名称NCO含量含量/%粘度粘度(25)/mPa*s经典用途Coronate-104022.623.6400600RIM,冷熟化,自,冷熟化,自结皮泡沫结皮泡沫Coronate-104125.526.5120140RIM保险杠制品保险杠制品Coronate-104325.626.6140180RIM,冷熟化,自,冷熟化,自结皮泡沫结皮泡沫Coronate-104622.623.65001600高硬度高硬度RIM保险杠保险杠制品制品Coronate-105022.623.6400800RIM,冷熟化,自,冷熟化,自结皮泡沫结皮泡沫Millionate-MR-P28.028.5250500阻
17、燃型硬质泡沫塑阻燃型硬质泡沫塑料料日本聚氨酯工业(株)液化日本聚氨酯工业(株)液化MDI产品规格产品规格第20页碳化二亚胺、脲酮亚胺改性液化碳化二亚胺、脲酮亚胺改性液化MDI经典规格经典规格产品名称产品名称外观外观(25)NCO含量含量/%粘度粘度(25)/mPa*s经典用途日本聚氨酯工业日本聚氨酯工业株式会社株式会社Millionate MTL棕黄色液体棕黄色液体28.030.0100喷涂成型,增强喷涂成型,增强反应喷涂成型反应喷涂成型Millionate MTL-C浅黄色液体浅黄色液体27.529.580工业结构泡沫体工业结构泡沫体Coronate浅黄色液体浅黄色液体25.527.5200
18、弹性体弹性体烟台万华聚氨酯股分有限企业MDI100LL浅黄色液体浅黄色液体28.030.060微孔微孔PU弹性体,弹性体,自结皮软泡自结皮软泡MDI100HL浅黄色液体浅黄色液体28.030.060微孔微孔PU弹性体,弹性体,自结皮软泡自结皮软泡第21页1998年我国异氰酸酯生产能力,年我国异氰酸酯生产能力,10kt/a 生生产产厂厂生生产产能力能力备备注注MDI烟台万烟台万华华集集团团2.0常州合成化工厂常州合成化工厂o.2重重庆长风庆长风化工厂化工厂0.15大大连连染料厂染料厂0.10上海中上海中联联化工厂化工厂0.05累计生产能力25kt/a上海华谊集团企业26.00由BASF、Huns
19、tman、ICI、NPU及国内5家合资,投产辽宁庆阳化学企业4.0在建在建淮阴淮阴电电化厂化厂2.0拟拟建建九江石油化工厂九江石油化工厂4.0拟拟建建TDI银光化学工业企业2.01990年已投年已投产产太原化学工业企业2.0上海吴淞化工厂上海吴淞化工厂1.0河北河北沧沧州化工厂州化工厂2.0上海华谊集团企业13.0投产第22页5)其它异氰酸酯)其它异氰酸酯.六亚甲基二异氰酸酯六亚甲基二异氰酸酯(1,6-hexamethylene diisocyanate,HDIOCN(CH2)6NCO 属于属于不变黄脂肪族二异氰酸酯不变黄脂肪族二异氰酸酯,其特点为,其特点为是制成聚氨酯光稳定性好。普通是将是制
20、成聚氨酯光稳定性好。普通是将HDI与与水反应制成缩二脲二异氰酸酯使用。水反应制成缩二脲二异氰酸酯使用。第23页.氢化氢化TDITDI 氢化氢化TDI,学名为,学名为甲基环已基二异氰酸酯甲基环已基二异氰酸酯(methyl-cyclohexanmethylene diisocyanate),简写为简写为HTDI,其对光作用,其对光作用,不会产生黄变不会产生黄变生色基团,沸点生色基团,沸点为为8790(133.32Pa),结构式以下:,结构式以下:第24页.氢化氢化MDIMDI(4,4-dicyclohecylmethane(4,4-dicyclohecylmethane diisocyanate)
21、diisocyanate)二环已基甲烷二异氰酸酯(简称二环已基甲烷二异氰酸酯(简称HMDIHMDI)是脂环)是脂环系异氰酸酯,属不变黄异氰酸酯。基结构式以下:系异氰酸酯,属不变黄异氰酸酯。基结构式以下:第25页.异佛尔酮二异氰酸酯异佛尔酮二异氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)IPDIIPDI制成聚氨酯树脂含有制成聚氨酯树脂含有优异耐光学稳定性和优异耐光学稳定性和耐化学药品性耐化学药品性,普通用于制造高档聚氨酯树脂,其,普通用于制造高档聚氨酯树脂,其结构式以下:结构式以下:第26页项项目目指指标标项项目目指指标标分子式分子式C12H18N2O2自燃点自燃点/430
22、分子量分子量222.3蒸汽蒸汽压压/PaNCO质质量分数量分数/37.8 200.04密度(密度(20)/(g/cm3)1.058 500.9折射率折射率n251.4829粘度粘度/mPa as s沸点沸点/(10133.3Pa0133.3Pa)158 037熔点熔点/约约60 2015闪闪点(封点(封闭闭)/155纯纯度度99.0以上以上外外观观无色或浅黄色液体无色或浅黄色液体水解水解氯氯小于小于0.05异佛尔酮二异氰酸酯指标异佛尔酮二异氰酸酯指标德国德国Chemische Werk Hls企业企业第27页.对苯二异氰酸酯对苯二异氰酸酯(papa-phenylene diisocyanate
23、,PPDI)PPDIPPDI当前价格较贵,但它是制备当前价格较贵,但它是制备高性能浇注型高性能浇注型和热塑型聚氨酯弹性体主要异氰酸酯。和热塑型聚氨酯弹性体主要异氰酸酯。它可使生成它可使生成聚氨酯比传统聚氨酯含有聚氨酯比传统聚氨酯含有更高耐磨性,更加好机械更高耐磨性,更加好机械力学性能,更优异耐温、温溶剂、耐水性能以及十力学性能,更优异耐温、温溶剂、耐水性能以及十分突出回弹性能。分突出回弹性能。其结构式以下:其结构式以下:第28页项项目目指指标标项目指指标标相相对对分子量分子量160.1粘度(粘度(100)/mPas1.17外外观观白色片状晶体白色片状晶体密度(密度(100)/g/cm31.17
24、纯纯度度/%99.0蒸汽蒸汽压压(100)/Pa680NCO含量含量%52.5贮贮存期(氮封装)存期(氮封装)/月月4凝固点凝固点/9495氮气保氮气保护护下熔融下熔融稳稳定定时间时间/h810沸点沸点/110112(3.3kPa)260(101kPa)PPDI物性及质量指标物性及质量指标返回主页返回主页第29页.亚苯二甲基二异氰酸酯亚苯二甲基二异氰酸酯(o-xylylene Diisocyanate,XDI)XDI在异氰酸酯原料中属在异氰酸酯原料中属非黄变型异氰酸酯非黄变型异氰酸酯,用它主要制备户外用聚氨酯材料,涂料、粘合剂、用它主要制备户外用聚氨酯材料,涂料、粘合剂、弹性体等非黄变型聚氨酯
25、产品。其结构式以下:弹性体等非黄变型聚氨酯产品。其结构式以下:第30页.萘萘-1,5-二异氰酸酯二异氰酸酯 (1,5-naphalene diisocyanate NDI)用于制造高弹性和高硬度聚氨酯弹件体主要用于制造高弹性和高硬度聚氨酯弹件体主要用于特殊要求用于特殊要求CPUCPU制件。制件。NDINDI预聚体牌号为预聚体牌号为VulkollanVulkollan。这种弹性体含有优异动态性能和耐这种弹性体含有优异动态性能和耐热耐油性能。但因热耐油性能。但因NDINDI是一个极其活是一个极其活泼化合物,所以合成预聚物贮有稳泼化合物,所以合成预聚物贮有稳定性不好,当前生产定性不好,当前生产NDI
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