CN106700023A - 用于可发性聚氨酯弹性体颗粒及其制造方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种用于可发性聚氨酯弹性体颗粒及其制造方法及其装置。各原料的重量百分比如下：纯MDI 10‑50％；聚酯或聚醚多元醇45‑85％；1，4‑丁二醇2‑20％；以下助剂相对于聚酯或聚醚多元醇的重量百分比为：抗氧化剂0.05‑2.0％；润滑剂0.05‑3.0％；催化剂0.02‑0.25％；苯并三唑类紫外线吸收剂0.05‑0.25％；受阻胺类光稳定剂0.05‑0.25％；碳化二胺类耐水解剂0.05‑0.25％；本发明具有如下优点：1)采用真空上料，适用范围广；2)原料不受空气污染，保证原料的准确计量；3)颗粒外观好、性能好；4)颗粒大小、形状方便调节；5)节能减排；6)解放人力，大大提高工作和生产效率。

Description

用于可发性聚氨酯弹性体颗粒及其制造方法及其装置
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种用于可发性聚氨酯弹性体颗粒及其制造方法及其装置。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU，靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联，随着温度的升高或降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱，而冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能。热塑性聚氨酯弹性体具有高强度、高韧性、耐磨、耐油等优异的综合性能，加工性能好，广泛应用于鞋材、电缆、服装、汽车、医药卫生、管材、薄膜和片材等许多领域。目前聚氨酯弹性体颗粒的制造工艺存在弊端，造成生产成本高、产品质量不稳定，经过申请人仔细研究，发现问题主要如下：
1)原料进入计量罐时会有空气进入计量罐中，造成原料被氧化，影响最终产品的外观和性能；
2)原料上料时会产生大量的气泡，造成计量不准确，影响最终产品的性能；
3)物料输送过程中，耗费能源大，企业生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于解决目前可发性聚氨酯弹性体颗粒由于制造工艺和装置存在缺陷，造成产品质量不稳定，能源消耗大，生产成本高的缺陷，提供一种用于可发性聚氨酯弹性体颗粒及其制造方法及其装置，其工艺稳定可靠，产品质量稳定、能源消耗少、生产成本低。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
即一种可发性聚氨酯弹性体颗粒，其特征在于各原料的重量百分比如下：
纯MDI 10-50％；
聚酯或聚醚多元醇 45-85％；
1，4-丁二醇 2-20％；
以下助剂相对于聚酯或聚醚多元醇的重量百分比为：
抗氧化剂 0.05-2.0％；
润滑剂 0.05-3.0％；
催化剂 0.02-0.25％；
苯并三唑类紫外线吸收剂 0.05-0.25％；
受阻胺类光稳定剂 0.05-0.25％；
碳化二胺类耐水解剂 0.05-0.25％；
聚酯或聚醚多元醇分子量在 1000-4000；
抗氧剂为阻酚类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种；
润滑剂为包含有机蜡、蒙旦蜡类、酰胺蜡及酰胺类润滑剂中的一种或两种的组合；
催化剂为包含叔胺类催化剂、有机钛催化剂、有机铋催化剂中的一种。
一种用于权利要求1所述的可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造方法，其特征在于步骤如下：
1)使用导热油系统将M罐预加热到45-65℃，将纯MDI原料在95-100℃的水浴箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入M罐，抽0.5-1.5h真空后补入纯氮气备用；
2)使用导热油系统将Z罐预加热到95-130℃，将聚酯多元醇或聚醚多元醇在100-140℃的烘箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入Z罐，搅拌转速在20-60r/min，抽0.5-1.5h真空后补入纯氮气备用；
3)使用导热油系统将D罐预加热到45-65℃，将1，4-丁二醇在80-120℃的烘箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入D罐，搅拌转速在20-60r/min，抽0.5-1.5h真空后补入纯氮气备用；
4)将助剂加入Z罐中，与聚酯多元醇或聚醚多元醇混合并搅拌均匀，后抽真空，然后补入氮气备用，；
5)将M罐、Z罐、D罐中的原料打入浇注机，反复抽真空、补氮气三次后备用；
6)设定浇注机的三组分温度为MDI：45℃-65℃，多元醇：100℃-125℃，1，4-丁二醇：40℃-65℃，浇注压力为0.2-5bar；
7)设定挤出机的温度为125-220℃，挤出模具的温度为165-230℃，切粒水温为12-40℃，颗粒冷却管线30-100m；
8)挤出机和挤出模具温度达到要求后，更换过滤网，开启循环水泵；
9)水下切粒机对刀磨刀合格后开启挤出机螺杆，设定转速50-120rpm加入清洗剂，清洗螺杆，待螺杆清洗干净后，将螺杆转速调制140-260rpm后开启浇注机，取200g浇注样测试反应相，反应相在10-40S内将浇注机推入螺杆进行浇注；
10)物料经过水下切粒机在水中模面热切为颗粒，粒径在1-7mm之间；
11)切下的颗粒经过脱水机脱水后进入多层筛选机筛选；
12)经过筛选的颗粒通过重力进入热风搅拌机，在50-105℃下进行搅拌干燥熟化；
13)熟化好的颗粒通过重力进入自动包装机进行打包；
14)包装后的产品经过检测后对产品进行分级，分别存放。
一种用于可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造装置，其特征在于包括包括M罐、Z罐、D罐、浇注机、挤出机、水下切粒机、脱水机、筛选机、干燥料仓和自动包装机，所述M罐、Z罐、D罐均与真空上料系统、氮气系统、排气系统连接，M罐、Z罐、D罐均与浇注机连接，浇注机、挤出机、水下切粒机、脱水机、筛选机、干燥料仓和自动包装机依次连接，水下切粒机和脱水机之间设有颗粒冷却管线，所述干燥料仓位于筛选机的下方，自动包装机位于干燥料仓的下方。
本发明的Z罐的罐体内搅拌装置为浆框式结构，包括搅拌桨片和搅拌框，搅拌框为锚式框架，安装在搅拌轴的下端，搅拌桨片安装在锚式框架上方的搅拌轴上。
本发明的Z罐的罐体内部一侧设有挡流板，挡流板与罐体之间留有间隙。
本发明的Z罐的罐体内的搅拌装置采用框桨组合，并在罐内设置挡流板增加物料返混程度，此外挡板与内壁留有间隙增加物料紊流。从而实现助剂的快速融化及混合。
本发明的Z罐上设有助剂罐，所述Z罐的罐体上设有助剂进料口，助剂罐外部设有保温层，底部设有助剂进料管，助剂进料管通过助剂进料口进入Z罐内，助剂进料管上设有助剂进料阀，助剂罐的顶盖上设有与助剂罐相通的氮气管、真空管和真空压力表，氮气管、真空管上分别设有氮气阀、真空阀。
本发明的助剂罐工作原理如下：
加料：关闭助剂进料阀，打开顶盖，将助剂倒入助剂罐内，盖上顶盖并锁紧。
抽真空：关闭氮气阀，打开真空阀，在真空的作用下使得助剂罐内处于真空状态。
放料：关闭真空阀，打开氮气阀、助剂进料阀，助剂在氮气的压力作用下就会通过助剂进料阀进入Z罐内。
本发明的助剂罐的顶盖通过卡箍安装在助剂罐上，助剂进料管通过卡箍安装在助剂进料口处。
卡箍又名快速卡子，属于现有技术产品，其具有使用方便，紧箍力强、密封性能好的特点。
本发明的浇注机采用亨斯曼特诺的产品，其自带抽真空和补氮气功能，通过人工操作可以实现拉真空、补氮气操作。
本发明的挤出机及水下切粒机采用台湾泽机工业有限公司的产品，在挤出机螺杆内充分反应的高粘度物料与低温的水接触时，熔体处于冻结状态，切粒机的切刀快速切割保证了颗粒外观的合格性。
切粒时采用3/4/6/8片刀结合不同转速与产量结合，能切出大颗粒、小颗粒以及特定形状的颗粒。就生产同一种尺寸的颗粒可以使用数量少的刀片配合高的切粒转速或数量多的刀片配合低的切粒转速。刀片数量越少、切粒转速越低、颗粒越大反之则越小。
本发明具有如下优点：
1)采用真空上料，不会受原料包装的限制，无论槽车、桶装、箱装均可以实现，适用范围广，还可以避免空气进入罐内污染原料，造成原料的氧化。
2)原料进入浇注机时反复三次补充氮气拉真空，有利于快速实现空气排出，保护原料不受空气污染，此外此操作能使原料内部气泡全部消除，保证原料的准确计量。
3)原料在挤出机的螺杆内充分反应，当高粘度物料与低温的水接触时，熔体处于冻结状态，切粒机的切刀快速切割保证了颗粒外观的合格性。
4)通过调整切刀的刀片数量和转速，颗粒的大小、形状方便调整。
5)采用重力输送实现节能减排，此外烘料的温度设计使得颗粒在后期熟化干燥更加完善。
6)干燥料仓直接与自动包装机连接，解放人力，大大提高工作和生产效率。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明Z罐的结构示意图；
图3为本发明Z罐上助剂罐处的放大结构示意图。
如图中所示：1.Z罐；1-1.搅拌电机；1-2.助剂罐；1-2-1.真空管；1-2-2.真空阀；1-2-3.氮气阀；1-2-4.真空压力表；1-2-5氮气管；1-2-6.卡箍；1-2-7.保温层；1-2-8.助剂罐的罐体；1-2-9.助剂进料阀；1-2-10.卡箍；1-2-11.助剂进料管；1-3.支座；1-4.罐体；1-5.导热油管；1-6.挡板；1-7.导热油出口；1-8.打料口；1-9.变径段；1-10.搅拌框；1-11.搅拌桨片；1-12.导热油出口；1-13.导热油进口；1-14.助剂进料口；2.M罐；3.D罐；4.浇注机；5.挤出机；6.水下切粒机；7.颗粒冷却管线；8.脱水机；9.筛选机；10.干燥料仓；11.自动包装机；12.氮气系统；13.排气系统；14.真空上料系统。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3所示：Z罐1、M罐2、D罐3分别通过管路与氮气系统12、排气系统13、真空上料系统14连接，上述管路上均设有控制阀，可以利用氮气系统12、排气系统13、真空上料系统14实现罐内抽真空、充氮气操作，氮气系统12、排气系统13、真空上料系统14均为本领域常用的系统，为现有技术，在此不再详细叙述。三个罐体还通过管路与浇注机4连接，浇注机4的出料端与挤出机5连接，挤出机6的出料端设有水下切粒机6，水下切粒机6和脱水机8之间设有颗粒冷却管线7，脱水机8与筛选机9连接，筛选机9的下方设有干燥料仓10，干燥料仓10的下方设有自动包装机11。
如图2、图3所示：Z罐1的罐体1-4顶端设有搅拌电机1-1和助剂罐1-2，助剂罐的罐体1-2-8的顶盖上设有真空管1-2-1、氮气管1-2-3和真空压力表1-2-4，真空管1-2-1、氮气管1-2-3分别与真空设备、氮气设备连接，真空管1-2-1、氮气管1-2-3上分别设有真空阀1-2-2、氮气阀1-2-3，助剂罐的罐体1-2-8的顶盖通过卡箍1-2-6固定，助剂罐的罐体1-2-8设有保温层，其底部设有助剂进料管1-2-11，助剂进料管1-2-11上设有助剂进料阀1-2-9，罐体1-4上设有助剂进料口1-14，助剂进料管1-2-11通过卡箍1-2-10固定在助剂进料口1-14上。搅拌电机1-1的输出端与罐体1-4内的搅拌轴连接，搅拌轴的底端设有锚式结构的搅拌框1-10，搅拌框1-10上方设有搅拌桨片1-11，搅拌框1-10和搅拌桨片1-11的一侧设有安装在罐体1-4内壁上的挡板1-6，挡板1-6与罐体1-4内壁之间设有间隙，罐体1-4的底部设有倒置的T型直平式打料口1-8，罐体1-4底部与打料口1-8连接处为上大下小的漏斗状变径段1-9，罐体1-4的外侧还设有支座1-3和导热油管1-5，导热油管1-5的截面为半圆结构，其内侧为弧形，贴合在罐体1-4上，导热油管1-5一端为导热油进口1-13，另一端为导热油出口1-12。
Z罐1使用时，利用导热油管1-5对罐体1-4进行加热，边加温边搅拌，罐体1-4内物料融化速度快，搅拌效果好，罐体内的框桨式搅拌装置配合挡板1-6、间隙，搅拌效果好，搅拌完毕后，物料通过罐体1-4底部的变径段1-9流出时流速快，打料口1-8为倒置的T型直平式结构，其在真空上料后，管道内不容易存料，造成堵塞。
M罐2、D罐3的结构与Z罐1相同，只是取消了助剂罐。为了版面整洁考虑，图2中罐体1-4与氮气系统12、排气系统13、真空上料系统14连接的管路未画出。
制造本发明所述的颗粒，各原料的组分如下：
纯MDI 30％；
聚酯多元醇 65％；
1，4-丁二醇 5％；
以下助剂按照多元醇的比例再加入
抗氧化剂 0.1％；
润滑剂 0.6％；
催化剂 0.02％；
苯并三唑类紫外线吸收剂 0.1％；
受阻胺类光稳定剂 0.1％；
碳化二胺类耐水解剂 0.1％；
聚酯多元醇分子量在 2000。
本实施例的制造步骤如下：
1)使用导热油系统将M罐2预加热到50℃，将纯MDI原料在95℃的水浴箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入M罐2，抽1h真空后补入纯氮气备用；
2)使用导热油系统将Z罐1预加热到110℃，将聚酯多元醇原料在130℃的烘箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入Z罐1，搅拌转速在30r/min，抽1.5h真空后补入纯氮气备用；
3)使用导热油系统将D罐3预加热到50℃，将1，4-丁二醇在100℃的烘箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入D罐3，搅拌转速在20r/min，抽1.5h真空后补入纯氮气备用；
4)将助剂通过助剂罐加入Z罐1中后抽真空，然后补入氮气备用，与聚酯多元醇混合并搅拌均匀；
加料：关闭助剂进料阀1-9，打开顶盖，将助剂倒入助剂罐内，盖上顶盖并锁紧。
抽真空：关闭氮气阀1-3，打开真空阀1-2，在真空的作用下使得助剂罐内处于真空状态。
放料：关闭真空阀1-2，打开氮气阀1-3、助剂进料阀1-9，助剂在氮气的压力作用下就会通过助剂进料阀1-9进入Z罐1内。
5)将M罐2、Z罐1、D罐3中的原料打入浇注机4，反复抽真空补氮气三次后备用；
6)设定浇注机4的三组分温度及浇注压力3bar，MDI 55℃，多元醇110℃，1，4-丁二醇50℃；
7)设定挤出机5的温度为1到15区温度为130℃，150℃，180℃，180℃，180℃，180℃，170℃，170℃，170℃，150℃，150℃，145℃，145℃，145℃，145℃，挤出模具的温度为195℃，切粒水温为14℃，颗粒冷却管线7为60m；
8)挤出机5和挤出模具温度达到要求后，更换过滤网，开启循环水泵；
9)水下切粒机6对刀磨刀合格后开启挤出机螺杆，设定转速50-120rpm加入清洗剂，清洗螺杆，待螺杆清洗干净后，将螺杆转速调制140-260rpm后开启浇注机4，取200g浇注样测试反应相，反应相在40S内，将浇注机推入螺杆进行浇注；
10)物料经过水下切粒机6在水中模面热切为颗粒，粒径在1-7mm之间；
11)切下的颗粒经过脱水机8脱水后进入多层筛选机9筛选；
12)经过筛选的颗粒通过重力进入干燥料仓10，在100℃下进行搅拌干燥熟化；
13)熟化好的颗粒通过重力作用进入自动包装机11进行打包；
14)包装后的产品经过检测后对产品进行分级，分别存放。
实施例2
制造本发明所述的颗粒，各原料的组分如下：
纯MDI 12％；
聚酯多元醇 75％；
1，4-丁二醇 13％；
以下助剂按照多元醇的比例再加入
抗氧化剂 0.12％；
润滑剂 0.4％；
催化剂 0.01％；
苯并三唑类紫外线吸收剂 0.2％；
受阻胺类光稳定剂 0.1％；
碳化二胺类耐水解剂 0.12％；
聚酯多元醇分子量在 2000。
其他同实施例1。
实施例3
制造本发明所述的颗粒，各原料的组分如下：
纯MDI 40％；
聚酯多元醇 55％；
1，4-丁二醇 5％；
以下助剂按照多元醇的比例再加入
抗氧化剂 0.12％；
润滑剂 0.4％；
催化剂 0.01％；
苯并三唑类紫外线吸收剂 0.2％；
受阻胺类光稳定剂 0.1％；
碳化二胺类耐水解剂 0.12％；
聚酯多元醇分子量在 2000。
其他同实施例1。
本发明的产品颗粒重量在10-70mg，外观透明球形或椭球形，经检测，各项性能如下：
密度 1.12
硬度 83
抗张强度 31.6
伸长率 600
撕裂强度 101.4
MI(210℃,5kg)25 18-25

Claims (7)

1.一种可发性聚氨酯弹性体颗粒，其特征在于各原料的重量百分比如下：
纯MDI 10-50％；
聚酯或聚醚多元醇 45-85％；
1，4-丁二醇 2-20％；
以下助剂相对于聚酯或聚醚多元醇的重量百分比为：
抗氧化剂 0.05-2.0％；
润滑剂 0.05-3.0％；
催化剂 0.02-0.25％；
苯并三唑类紫外线吸收剂 0.05-0.25％；
受阻胺类光稳定剂 0.05-0.25％；
碳化二胺类耐水解剂 0.05-0.25％；
聚酯或聚醚多元醇分子量在 1000-4000；
抗氧剂为阻酚类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种；
润滑剂为包含有机蜡、蒙旦蜡类、酰胺蜡及酰胺类润滑剂中的一种或两种的组合；
催化剂为包含叔胺类催化剂、有机钛催化剂、有机铋催化剂中的一种。
2.一种用于权利要求1所述的可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造方法，其特征在于步骤如下：
1)使用导热油系统将M罐预加热到45-65℃，将纯MDI原料在95-100℃的水浴箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入M罐，抽0.5-1.5h真空后补入纯氮气备用；
2)使用导热油系统将Z罐预加热到95-130℃，将聚酯多元醇或聚醚多元醇在100-140℃的烘箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入Z罐，搅拌转速在20-60r/min，抽0.5-1.5h真空后补入纯氮气备用；
3)使用导热油系统将D罐预加热到45-65℃，将1，4-丁二醇在80-120℃的烘箱中加热融化，将加热好的原料利用真空上料的方式打入D罐，搅拌转速在20-60r/min，抽0.5-1.5h真空后补入纯氮气备用；
4)将助剂加入Z罐中，与聚酯多元醇或聚醚多元醇混合并搅拌均匀，后抽真空，然后补入氮气备用；
5)将M罐、Z罐、D罐中的原料打入浇注机，反复抽真空、补氮气三次后备用；
6)设定浇注机的三组分温度为MDI：45℃-65℃，多元醇：100℃-125℃，1，4-丁二醇：40℃-65℃，浇注压力为0.2-5bar；
7)设定挤出机的温度为125-220℃，挤出模具的温度为165-230℃，切粒水温为12-40℃，颗粒冷却管线30-100m；
8)挤出机和挤出模具温度达到要求后，更换过滤网，开启循环水泵；
9)水下切粒机对刀磨刀合格后开启挤出机螺杆，设定转速50-120rpm加入清洗剂，清洗螺杆，待螺杆清洗干净后，将螺杆转速调制140-260rpm后开启浇注机，取200g浇注样测试反应相，反应相在10-40S内将浇注机推入螺杆进行浇注；
10)物料经过水下切粒机在水中模面热切为颗粒，粒径在1-7mm之间；
11)切下的颗粒经过脱水机脱水后进入多层筛选机筛选；
12)经过筛选的颗粒通过重力进入干燥料仓，在50-105℃下进行搅拌干燥熟化；
13)熟化好的颗粒通过重力进入自动包装机进行打包；
14)包装后的产品经过检测后对产品进行分级，分别存放。
3.一种用于权利要求1所述可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造装置，其特征在于包括M罐、Z罐、D罐、浇注机、挤出机、水下切粒机、脱水机、筛选机、干燥料仓和自动包装机，所述M罐、Z罐、D罐均与真空上料系统、氮气系统、排气系统连接，M罐、Z罐、D罐均与浇注机连接，浇注机、挤出机、水下切粒机、脱水机、筛选机、干燥料仓和自动包装机依次连接，水下切粒机和脱水机之间设有颗粒冷却管线，所述干燥料仓位于筛选机的下方，自动包装机位于干燥料仓的下方。
4.根据权利要求3所述的用于可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造装置，其特征在于Z罐的罐体内搅拌装置为浆框式结构，包括搅拌桨片和搅拌框，搅拌框为锚式框架，安装在搅拌轴的下端，搅拌桨片安装在锚式框架上方的搅拌轴上。
5.根据权利要求4所述的用于可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造装置，其特征在于罐体内部一侧设有挡流板，挡流板与罐体之间留有间隙。
6.根据权利要求3所述的用于可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造装置，其特征在于Z罐上设有助剂罐，所述Z罐的罐体上设有助剂进料口，助剂罐外部设有保温层，底部设有助剂进料管，助剂进料管通过助剂进料口进入Z罐内，助剂进料管上设有助剂进料阀，助剂罐的顶盖上设有与助剂罐相通的氮气管、真空管和真空压力表，氮气管、真空管上分别设有氮气阀、真空阀。
7.根据权利要求6所述的用于可发性聚氨酯弹性体颗粒的制造装置，其特征在于助剂罐的顶盖通过卡箍安装在助剂罐上，助剂进料管通过卡箍安装在助剂进料口处。
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