浅谈TPU母料的生产工艺和设备

   热塑性聚氨酯弹性体（TPU），是一种由低聚物多元醇软段与二异氰酸酯和小分子　扩链剂硬段构成的线性嵌段共聚物，其分子量Mn=35000~50000，市售母料为颗粒状产品，它是加热可塑化，溶剂可溶解的聚氨酯弹性体。与MPU（混炼型聚氨酯弹性体）和CPU（浇注型聚氨酯弹性体）比较，化学结构上没有或少有化学交联，分子基本上是线性的，而存在一定的物理交联。可分为全热塑型和半热塑型，前者分子之间不存在化学交联键，仅有以氢键为主的物理交联键，可溶于DMF等溶剂；在150℃以上的加工温度下会断裂，在成型冷却后又会重新再生。后者分子之间含有少量脲基甲酸酯化学交联键，它在热力学上是不稳定的，在150℃以上的加工温度下会断裂，在成型冷却后又会重新再生。少量化学交联键的存在对改善制品的压缩永久变形和扯断永久变形性能起重要作用。它在室温下具有橡胶弹性体和塑料特性，在高温下会熔融，变为粘流体而可按热塑性塑料方式加工，如挤出、注射、压延、吹塑、摸压等，将TPU颗粒在较高温度下塑化成型，制成各种形状的制品。
    它具有高模量、高强度、高伸长率和高弹性。优良的耐磨，耐油、耐低温、耐老化性能。可用一般的塑料加工方法（如注塑机）生产各种制品，废料可以回收利用，可广泛使用助剂与填料，以改善某些物理性能、加工性能或降低成本。
    TPU按软段结构可分为聚酯型、聚醚型等。聚酯型因含有内聚能较高的酯基，它的机械性能较高，成本适中，但耐水性能较差。而聚醚型由于它无酯基在分子中含有可自由旋转的醚键，而表现出较好的低温柔顺性和耐水解性，但机械强度和耐热性较差。聚已内酯型介于聚酯型和聚醚型之间，综合性能较好，但价格较高。
    １、工艺
    TPU一般由聚酯或聚醚多元醇、二异氰酸酯及小分子二醇扩链剂反应而成。有时为了改善性能，可在合成时加入少量助剂。
    1.1 原料
    1.1.1多元醇聚合物
    1）聚酯多元醇（PES）
    聚已二酸乙二醇酯（PEA）　Mn1000~2000
    聚已二酸丁二醇酯（PBA）　Mn1000~2000
    聚已二酸乙二丙二醇酯（PEPA）　Mn1000~2000
    聚ε－已内酯二醇（PCL）　　　Mn1000~2000
    聚碳酸酯二醇（PHC）　　　　　Mn1000~2000
    2）聚醚多元醇（PET）
    聚氧化丙烯二醇（PPG）　　Mn1000~2000
    聚四氢呋喃二醇（PTMG）　Mn1000~2000
    四氢呋喃—氧化丙烯共聚二醇　Mn1000~2000
    1.1.2 二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）（芳香族）
    纯MDＩ在常温下为白色或微黄色固体，加热时有刺激性臭味，熔点≥38℃，沸点：194~199℃，密度：1.19，分子式：Ｃ15Ｈ10Ｎ2Ｏ2　 分子量：250。
    用MDＩ制得的聚酯或聚醚型TPU，不仅综合性能优越，且价格便宜，原料来源方便。若用TDＩ、HDＩ制得的TPU，硬度低、拉伸强度低，永久变形大，综合性能较差。
    1.1.3 扩链剂（低分子二醇）
    1,4 丁二醇（BDO）（脂肪开链二醇）
    为无色油状液体，极易吸水，相对分子量Mn=90，密度1.02，沸点229.5℃，熔点20℃。
    中间省略.....................
    1.5 生产工艺
    1.5.1　TPU浇注机
    将高分子聚酯二醇（PES）熔化后加入A料罐，加热到要求料温（100~120℃）后在低速搅拌下真空脱水2~3ｈ，使之含水量＜0.05%，解除真空通氮气后备用。
    将MDI熔化后加入B料罐，加热到要求温度（60~70℃）后在低速搅拌下真空脱气0.5~1ｈ，使之达到要求后，解除真空并通氮气后备用。
    将低分子二醇（BDO）加入C料罐加热到要求温度（80~100℃）后在低速搅拌下真空脱水0.5~1h，使之含水量达到要求后，解除真空并通氮气后备用。
    为了给浇注机各计量泵连续供料，每个组份均设有相同规格两套料罐，以便作到一个真空脱水，另一个给计量泵供料。
    各组原液按配方要求通过计量泵精确计量输到浇注头，在高速搅拌下进行均匀初混合后，通过双螺杆法或传送带法使其进一步混合均匀和熟化，再进行粉碎和造粒、干燥、包装等。
    1.5.2  TPU母料后处理工艺
    1）双螺杆连续化生产工艺：来自TPU浇注机的混合料进入100 ℃左右的双螺杆反应器中，以不同分段温度区（120~220℃）反应一定时间后，由机头挤出胶条，经水下拉条切粒或水下造粒及烘干冷却，检验后即为成品。
    2）传送床连续化生产工艺：来自TPU浇注机的混合料浇注到承载于输送带上预先涂好脱膜剂的钢盘或聚四氟已烯盘中，输送带置于100℃的熟化炉内，连续浇注的物料在传送带上边移动边熟化，冷却后经粉碎、造粒、干燥后即为成品。
    TPU粒料（母料）需贮存在隔绝空气、干燥和避光容器中，以备加工成型时使用。
    3）两种后处理方法的比较
    ① 双螺杆挤出机类似于多级串联的理想混合反应器，适用于通用型、大批量产品的生产。传送带法生产工艺接近于平推流反应器，较适合相对分子量分布要求窄的，小批量产品的生产。
    ② 通过在双螺杆反应器前工序增加高速高效的混合装置，以及对螺杆进行特殊设计，就可克服双螺杆混合和反应工艺的不足，提高产品质量。