CN1326901C - 热塑性聚氨酯,和生产该热塑性聚氨酯的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
通过使用高熔点的大分子多元醇,高熔点的扩链剂和缓慢反应的多异氰酸酯以及降低数量的生产热塑性聚氨酯的催化剂,生产热塑性聚氨酯的方法,由该方法提供较少的凝胶化物质和燃烧的沉积物以及较少的性能降低和随时间劣化;用于生产热塑性聚氨酯的方法的装置;和由生产热塑性聚氨酯的方法获得的热塑性聚氨酯。在由高速搅拌器混合多异氰酸酯和大分子多元醇之后,同时或在以后的阶段在这样获得的混合物中共混扩链剂,以首先制备反应材料。然后,允许反应材料反应同时通过在静态混合器部分中的多个静态混合器。
Description
发明背景
发明领域
本发明涉及热塑性聚氨酯和涉及生产该热塑性聚氨酯的方法和装置。更特别地,本发明涉及通过反应挤出模塑而生产热塑性聚氨酯的方法,涉及用于该方法的装置,和涉及由该方法生产的热塑性聚氨酯。
现有技术的描述
迄今为止已经提出过各种通过使用反应挤出模塑而连续生产热塑性聚氨酯的方法。
一种典型的方法是这样的方法,其中在多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂混合之后,通过使用双螺杆挤出机从混合物连续生产热塑性聚氨酯,如由日本未决公开(未审查)专利公开No.平5-214062和No.平6-192368提出的那样。
另一种典型的方法是这样的方法,其中在多异氰酸酯和大分子多元醇混合之后,使混合物通过静态混合器以促进预聚合和然后在其中混合扩链剂,然后通过使用双螺杆挤出机从混合物连续生产热塑性聚氨酯,例如由日本未决公开(未审查)专利公开No.平5-271370和No.平10-81725提出的那样。
仍然另一种典型的方法是这样的方法,其中使用两个彼此连接的静态混合器和在第一静态混合器中混合多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂和然后允许混合物在第二静态混合物中彼此反应,从而连续生产热塑性聚氨酯,例如由日本未决公开(未审查)专利公开No.平8-337630和No.2000-344855提出的那样。
在由日本未决公开(未审查)专利公开Nos.平5-214062和平6-192368,或日本未决公开(未审查)专利公开Nos.平5-271370和平10-81725公开的方法中,采用基本相同的步骤是在多异氰酸酯和大分子多元醇中混合扩链剂之后,通过使用双螺杆挤出机允许它们彼此反应,同时促进反应和混合物。由于此原因,容易产生由挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物和来自混合物在挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质(鱼眼)。
此外,在这些方法中,由于要求大量催化剂用于促进反应,当由挤塑或注塑将生产的聚氨酯模塑时,它的性能降低如分解中的劣化由大量包含在其中的催化剂引起和模塑产物的随时间劣化也是不可避免的。
另一方面,在由日本未决公开(未审查)专利公开Nos.平8-337630和No.2000-344855公开的方法中,尽管可以避免由挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物的产生和来自混合物在挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质,由于多异氰酸酯、大分子多元醇和扩链剂直接引入静态混合器中,通常不足够搅拌它们,使得容易产生凝胶化物质。特别是当使用高熔点的大分子多元醇或高熔点的扩链剂时,过早发生与多异氰酸酯的反应,使得容易产生凝胶化物质。
此外,也在此方法中,由于要求大量催化剂用于促进反应,由包含在生产的聚氨酯中的大量催化剂引起的性能降低如分解中的劣化和模塑产物的随时间劣化也是不可避免的,如在上述方法中的那样。
发明概述
本发明的目的是提供通过使用高熔点的大分子多元醇,高熔点的扩链剂和缓慢反应的多异氰酸酯以及降低数量的生产热塑性聚氨酯用的催化剂,生产热塑性聚氨酯的方法,由该方法提供较少的凝胶化物质和燃烧的沉积物以及较少的性能降低和随时间劣化;用于生产热塑性聚氨酯的方法中的装置;和由生产热塑性聚氨酯的方法获得的热塑性聚氨酯。
本发明提供一种生产热塑性聚氨酯的新颖方法,其中允许反应材料反应同时通过静态混合器,该反应材料包括先前混合的至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合物和扩链剂。
根据此方法,由于将在先前混合状态的多异氰酸酯和大分子多元醇引入静态混合器,可以由静态混合器中的搅拌允许那些组分彼此均匀地反应。这可有效地防止凝胶化物质的产生。这可通过使用高熔点的大分子多元醇,高熔点的扩链剂和缓慢反应的多异氰酸酯,允许热塑性聚氨酯的连续生产。同样,由于本发明的方法不使用双螺杆挤出机,不产生由双螺杆挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物和来自混合物在双螺杆挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质。此外,可以降低用于生产热塑性聚氨酯的催化剂数量。这可允许具有较少的性能降低和随时间劣化以及低硬度程度的热塑性聚氨酯的生产。
在本发明生产热塑性聚氨酯的方法中,优选由高速搅拌器混合至少多异氰酸酯和大分子多元醇。
通过由高速搅拌器混合至少多异氰酸酯和大分子多元醇,可以允许这些组分更均匀地彼此反应,和自身可进一步可靠地防止凝胶化物质的产生。
在本发明生产热塑性聚氨酯的方法中,可以通过同时混合多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂或通过首先混合多异氰酸酯和大分子多元醇,和然后在获得的混合物中共混扩链剂而制备反应材料。
此外,后者情况包括如下方面:在多异氰酸酯和大分子多元醇混合之后,由高速搅拌器混合获得的混合物和扩链剂;和如下方面:在多异氰酸酯和大分子多元醇混合之后,通过如下方式允许获得的混合物反应:使混合物通过静态混合器和然后从连接到静态混合器的供应管线以结合在一起的方式,在混合物中共混扩链剂。
同样,在本发明生产热塑性聚氨酯的方法中,优选静态混合器与反应材料的接触部分由基本非金属物质的材料形成。
静态混合器与反应材料的接触部分由基本非金属物质的材料形成的构造可进一步有效防止燃烧沉积物的产生。
在本发明生产热塑性聚氨酯的方法中,优选静态混合器包括多个串联连接的多个静态混合器,每个混合器能够独立地进行静态混合器内部的温度控制。
静态混合器的此构造可根据反应材料的组成,通过改变串联连接的每个静态混合器内部的温度,而降低催化剂的数量,同时在最优反应条件下生产热塑性聚氨酯。
同样,本发明提供一种生产热塑性聚氨酯的新颖装置,该装置包括用于混合至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合机构,用于在由混合机构混合的至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合物中共混扩链剂的扩链剂共混机构,和用于允许在混合物中共混的扩链剂的反应材料反应的静态混合器。
当由此装置生产热塑性聚氨酯时,由于由混合机构混合至少多异氰酸酯和大分子多元醇和进一步在由混合机构混合的混合物中,由扩链剂共混机构共混扩链剂,允许这样制备的反应材料在静态混合器中反应,由静态混合器中的搅拌可允许反应材料的组分彼此均匀地反应。这可有效地防止凝胶化物质的产生。这可通过使用高熔点的大分子多元醇,高熔点的扩链剂和缓慢反应的多异氰酸酯,允许热塑性聚氨酯的连续生产。同样,由于不使用双螺杆挤出机,不产生由双螺杆挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物和来自混合物在双螺杆挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质。此外,可以降低用于生产热塑性聚氨酯的催化剂数量。这可允许具有较少的性能降低和随时间劣化以及低硬度程度的热塑性聚氨酯的生产。
此外,本发明提供由如下方式生产的热塑性聚氨酯:允许反应材料反应同时使反应材料通过静态混合器,该反应材料包括先前混合的至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合物和扩链剂。
由于由反应材料生产热塑性聚氨酯,该反应材料由静态混合器中的搅拌允许均匀地反应,它可提供较少的燃烧沉积物和凝胶化物质和较小的它的性能降低和随时间劣化。此外,它具有优异的机械性能如拉伸强度,断裂伸长率,耐撕裂性,和压缩变定和在制造中是优异的在于它具有如此宽的熔融温度范围和它在对于相同硬度的更低温度下开始流化。另外,它在焦烧和颗粒结构上提供较少的凝胶化物质(鱼眼)。此外,由于可以降低用于生产的催化剂数量,甚至当使用不变黄多异氰酸酯时,它具有优异的,更为难以变黄的倾向。
附图简述
图1是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第一实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法;
图2是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第二实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法;
图3是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第三实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法;和
图4是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第四实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法。
优选实施方案的详细描述
图1是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第一实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法。在如下部分中,参考图1描述本发明生产热塑性聚氨酯的方法的第一实施方案。
在图1中,装置1a是由反应挤出模塑方法连续生产热塑性聚氨酯的装置。装置1a包括原材料罐部分2,混合部分3,和静态混合器部分4,和造粒部分5。
原材料罐部分2包括多异氰酸酯贮存罐6,多元醇贮存罐7和扩链剂罐贮存8。
在多异氰酸酯贮存罐6中贮存作为热塑性聚氨酯原料的多异氰酸酯。
使用的多异氰酸酯是有机化合物如在一个分子中包含至少两个异氰酸酯基团的芳族、脂族、和脂环族多异氰酸酯。可以使用的芳族多异氰酸酯包括,例如,2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯和重量比80∶20(TDI-80/20)和重量比65∶35(TDI-65/35)的它们异构体混合物、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、这些二苯基甲烷二异氰酸酯的任何异构体混合物、甲苯二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯和萘二异氰酸酯。
可以使用的脂族多异氰酸酯包括,例如,亚乙基二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、九亚甲基二异氰酸酯、2,2’-二甲基戊烷二异氰酸酯、2,2,4-三甲基己烷二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、丁烯二异氰酸酯、1,3-丁二烯-1,4-二异氰酸酯、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1,6,11-十一亚甲基三异氰酸酯、1,3,6-六亚甲基三异氰酸酯、1,8-二异氰酸酯-4-异氰酸酯甲基辛烷、2,5,7-三甲基-1,8-二异氰酸酯-5-异氰酸酯甲基辛烷、双(异氰酸酯乙基)碳酸酯、双(异氰酸酯乙基)醚、1,4-丁二醇二丙基醚-ω,ω’-二异氰酸酯、赖氨酸异氰酸酯甲基酯、赖氨酸三异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯己酸2-异氰酸酯乙基酯、2,6-二异氰酸酯己酸2-异氰酸酯丙基酯、和双(4-异氰酸酯-正亚丁基)季戊四醇。
可以使用的脂环族多异氰酸酯包括,例如,异佛尔酮二异氰酸酯、双(异氰酸酯甲基)环己烷、二环己基甲烷二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、甲基环己烷二异氰酸酯、2,2’-二甲基二环己基甲烷二异氰酸酯、二聚体酸二异氰酸酯、2,5-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷、和它们如下物质的异构体:2,6-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷、2-异氰酸酯甲基-2-(3-异氰酸酯丙基)-5-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷、2-异氰酸酯甲基-2-(3-异氰酸酯丙基)-6-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷、2-异氰酸酯甲基-3-(3-异氰酸酯丙基)-5-(2-异氰酸酯乙基)-双环[2,2,1]-庚烷、2-异氰酸酯甲基-3-(3-异氰酸酯丙基)-6-(2-异氰酸酯乙基)-双环[2,2,1]-庚烷、2-异氰酸酯甲基-2-(3-异氰酸酯丙基)-5-(2-异氰酸酯乙基)-双环[2,2,1]-庚烷、和2-异氰酸酯甲基-2-(3-异氰酸酯丙基)-6-(2-异氰酸酯乙基)-双环[2,2,1]-庚烷。
可以使用的多异氰酸酯包括,例如,它们的改性物,如改性聚氨酯、改性碳二亚胺、改性脲亚胺、改性缩二脲、改性脲基甲酸酯、和改性异氰脲酸酯。
在以上叙述的多异氰酸酯中,4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(以下称为 “MDI”)、氢化的MDI(二环己基甲烷二异氰酸酯,它以下称为“HMDI”)、对亚苯基二异氰酸酯(以下它称为“PPDI”)、萘二异氰酸酯(以下它称为“NDI”)、六亚甲基二异氰酸酯(以下它称为“HDI”)、异佛尔酮二异氰酸酯(以下它称为“IPDI”)、2,5-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷、和2,6-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷的异构体(以下它称为“NBDI”)可以叙述为优选的多异氰酸酯。进一步优选,可以叙述MDI、HDI、HMDI、PPDI和NBDI、和它们的改性物,如改性聚氨酯、改性碳二亚胺、改性脲亚胺、和改性异氰脲酸酯。
这些多异氰酸酯可以单独使用或以两种或多种的结合使用。当结合使用两种或多种多异氰酸酯时,它们可以在单一多异氰酸酯贮存罐6中以混合物的形式贮存或可以在各自的多异氰酸酯贮存罐6中单独贮存。
在多元醇贮存罐7中贮存作为热塑性聚氨酯原料的大分子多元醇。
可以使用的大分子多元醇包括,例如,在一个分子中包含至少两个羟基的聚合物,如聚氧化烯多元醇、聚酯多元醇、和聚碳酸酯二醇。
可以使用的聚氧化烯多元醇包括,例如,通过烯化氧,如环氧丙烷、环氧乙烷和环氧丁烷,与相对低分子量二元醇的至少一种或至少两种加聚获得的聚氧化烯二醇(包括与氧化苯乙烯加聚的聚氧化烯二醇等)。特别地,环氧丙烷和环氧乙烷优选用作烯化氧。可以使用的聚氧化烯二醇包括,例如,聚丙二醇、聚乙二醇、和环氧丙烷和环氧乙烷的共聚多元醇。
优选,用于本发明生产热塑性聚氨酯的方法的聚氧化烯多元醇的数均分子量为200-10,000,或优选500-8,000。
在本发明生产热塑性聚氨酯的方法中,从降低玻璃化转变温度和改进流动性能的观点优选结合使用两种或多种聚氧化烯二醇,该聚氧化烯二醇的分子量和氧化烯基团的浓度彼此不同。此外,优选聚氧化烯二醇包含较少在其分子末端含有不饱和基团的一元醇,该一元醇由环氧丙烷的副反应产生。可以由JISK-1557中提供的总不饱和程度的参考指数测量聚氧化烯多元醇中的一元醇含量。优选,聚氧化烯多元醇中的总不饱和程度是0.03meq./g或更小,或优选0.02meq./g或更小。当总不饱和程度高于0.03meq./g时,聚氧化烯多元醇具有降低耐热性和耐用性的倾向。从聚氧化烯多元醇工业生产的观点来看,总不饱和程度的下限优选为约0.01meq./g。
碱金属化合物,如氢氧化铯和氢氧化铷、和含有P=N键的化合物(如磷嗪(phosphazenium)化合物、氧化膦化合物、和磷嗪(phosphazene)化合物)可以例举为用于此聚氧化烯多元醇生产的烯化氧的优选聚合催化剂。通过使用烯化氧的这种聚合催化剂,可以生产总不饱和程度较低的聚氧化烯多元醇。
通过四氢呋喃开环聚合获得的聚四亚甲基醚二醇(以下它称为“PTMEG”)可以例举为聚氧化烯多元醇。优选,用于本发明生产热塑性聚氨酯的方法的PTMEG的数均分子量约为250-4,000,或优选约250-2,000。也可以使用由与上述烯化氧加聚的PTMEG获得的聚氧化烯多元醇。
可以使用的聚酯多元醇包括,例如,通过如下物质缩聚获得的聚酯多元醇:至少一种或至少两种低分子量多元醇,如乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、氢化双酚A、和氢化双酚F,与如戊二酸、己二酸、癸二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、和二聚体酸、或其它低分子量二羧酸或低二聚体酸。由ε-己内酯开环聚合获得的聚己内酯二醇也可以例举为聚酯多元醇。优选,用于本发明生产热塑性聚氨酯的方法的聚酯多元醇的数均分子量约为500-3,000,或优选约800-2,000。
可以使用的聚碳酸酯二醇包括,例如,由二元醇,如1,4-丁二醇和1,6-己二醇,与碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等的缩聚获得的聚碳酸酯二醇。优选,用于本发明生产热塑性聚氨酯的方法的聚碳酸酯二醇的数均分子量约为500-3,000,或优选约800-2,000。
这些大分子多元醇可以单独使用或以两种或多种的结合使用。当结合使用两种或多种大分子多元醇时,它们可以在单一多元醇贮存罐7中以混合物的形式贮存或可以在各自的多元醇贮存罐6中单独贮存。
在扩链剂贮存罐8中贮存作为热塑性聚氨酯原料的扩链剂。
可以使用的扩链剂包括,例如,在一个分子中包含至少两个羟基的脂族、芳族、和杂环或脂环族环低分子量化合物。可以使用的脂族多元醇包括,例如,乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、甘油和三羟甲基丙烷。
可以使用的芳族、杂环或脂环族环多元醇包括,例如,对二甲苯二醇、对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯、间苯二甲酸双(2-羟乙基)酯、1,4-双(2-羟基乙氧基)苯、1,3-双(2-羟基乙氧基)苯、间苯二酚、对苯二酚、2,2’-双(4-羟基环己基)丙烷、3,9-双(1,1-二甲基-2-羟乙基)-2,4,8,10-四噁螺[5,5]十一烷、1,4-环己烷二甲醇、和1,4-环己烷二醇。
这些扩链剂可以单独使用或以两种或多种的结合使用。当结合使用两种或多种扩链剂时,它们可以在单一扩链剂贮存罐8中以混合物的形式贮存或可以在各自的扩链剂贮存罐8中单独贮存。
在本发明生产热塑性聚氨酯的方法中,根据它的所需目的和应用,可以将催化剂和助剂与上述的组分混合。然后可以将催化剂和助剂与上述的组分一起贮存在贮存罐6、7、8的每一个中,或可以在不同的贮存罐(未示出)中贮存,使得当需要时可以加入它们。可以在热塑性聚氨酯的生产之后捏合助剂。
可以使用的催化剂包括,例如,用于生产聚氨酯的已知催化剂,如胺化合物和有机金属化合物。优选使用有机金属化合物。可以使用的有机金属化合物包括,例如,乙酸锡、辛酸锡、油酸锡、月桂酸锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二氯化二丁基锡、辛酸铅、环烷酸铅、环烷酸镍、和环烷酸钴。这些催化剂可以单独使用或以两种或多种的结合使用。
催化剂通常贮存在多元醇贮存罐7和/或扩链剂贮存罐8中,而不贮存在多异氰酸酯贮存罐6中。优选,催化剂贮存在多元醇贮存罐7中。混合的催化剂数量是90ppm或更小,或优选30ppm或更小,基于大分子多元醇的重量。
可以使用的助剂包括,例如,脱模剂、偶合剂、着色剂、润滑剂、耐侯剂、抗氧剂、紫外吸收剂、发泡剂、防锈剂、乳浊剂、和填料,它们每一种已知为助剂。助剂通常贮存在多元醇贮存罐7和/或扩链剂贮存罐8中,而不贮存在多异氰酸酯贮存罐6中。优选,它们贮存在多元醇贮存罐7中。
向每个贮存罐6、7和8提供加热器(或夹套),温度传感器,和搅拌叶片,所有这些都不显示,和设计每个贮存罐以搅拌贮存在贮存罐6、7和8中的原材料(多异氰酸酯,多元醇,扩链剂等),同时保持它们在预定温度。例如,多异氰酸酯贮存罐6设定为30-70℃,例如,多元醇贮存罐7设定为60-140℃,例如,和扩链剂贮存罐8设定为30-130℃。
构造每个贮存罐6、7、8以可以与惰性气体管线,如氮气管线(未示出)连接,以采用惰性气体气氛替代每个贮存罐6、7和8内部中的气氛。
混合部分3具有用作混合机构的高速搅拌器9。尽管不对高速搅拌器9施加特定的限制,只要它可以在高速度下搅拌和混合原材料,使用包括搅拌容器10a和搅拌叶片10b的高速搅拌器9,该搅拌叶片具有,例如,4cm的叶片直径和12cm的圆周长度和能够在300-500转每分钟(圆周速度:100-600m/min),或优选1,000-3,500转每分钟(圆周速度:120-420m/min)下搅拌。同样,高速搅拌器9进一步包括未示出的加热器(或夹套)和温度传感器,和设计高速搅拌器以根据由温度传感器检测到的温度控制加热器,以控制搅拌容器10a的温度。
如需要,混合部分3可具有反应罐16,用于暂时贮存在高速搅拌器9中混合的反应材料(以后描述)以促进反应,如由虚线怕示。优选,设计反应罐16以调节温度。然后可以在高速搅拌器9和第一静态混合器17a之间连接反应罐16,第一静态混合器17a如以下提及的位于静态混合器部分4的最上侧。
多异氰酸酯贮存罐6通过多异氰酸酯供应管线11与高速搅拌器9连接。在多异氰酸酯供应管线11的中间部分中连接齿轮泵12a和位于齿轮泵12a下游侧的流量计13a,多异氰酸酯供应管线11在罐6和搅拌器9之间延伸。
多元醇贮存罐7通过多元醇供应管线14与高速搅拌器9连接。在多元醇供应管线14的中间部分中连接齿轮泵12b和位于齿轮泵12b下游侧的流量计13b,多元醇供应管线14在罐7和搅拌器9之间延伸。
扩链剂贮存罐8通过用作扩链剂混合机构的扩链剂供应管线15与高速搅拌器9连接。在扩链剂供应管线15的中间部分中连接齿轮泵12c和位于齿轮泵12c下游侧的流量计13c,扩链剂供应管线1 5在罐8和搅拌器9之间延伸。
静态混合器部分4包括多个串联连接的静态混合器17。
每个静态混合器17(沿反应材料(以下提及)流动方向从上游到下游,静态混合器17的布置顺序是第一静态混合器17a,第二静态混合器17b,…第n静态混合器17n)含有布置在静态混合器17管内部中的混合器元件。混合器元件可具有任何形状而没有任何特定的限制。例如,混合器元件可采取各种形状,该形状包括,例如,在如下文献155页图101.1中说明的Company-N-类型、Company-T-类型、Company-S-类型、和Company-T-类型:“化学工程的边展,No.24,搅拌和混合物”(在 Tokai Branch of Chemical Engineering Association编辑,由Maki-Shoten出版,1990年10月20日,第1次印刷)。优选,交替布置右元件和左元件,和如需要,可以在相邻的静态混合器17之间布置一个直管。
每个静态混合器17具有,例如,0.13m-3.6m,优选0.3m-2.0m,或进一步优选0.5m-1.0m的管长度;10-300mmφ,优选13-150mmφ,或进一步优选15-50mmφ的内径;和3-25,或优选5-15的管长度/内径比(以下它称为L/D)。
优选,使用的静态混合器17由基本非金属材料如纤维增强的塑料(FRP)形成,或它们与反应材料(以后提及)接触的内管表面由氟碳树脂如聚四氟乙烯涂敷。通过与反应材料(以后提及)接触的静态混合器17的接触区域由基本非金属材料形成,可以有效地防止热塑性聚氨酯燃烧沉积物的产生。优选,使用含有由氟碳树脂如聚四氟乙烯涂敷的接触区域的静态混合器17。更具体地,可以使用从金属形成的静态混合器17,其中插入从氟碳树脂如聚四氟乙烯形成的管,或从NoritakeCo.,Limited购得的MX系列。
此外,每个静态混合物17具有未示出的加热器(或夹套)和温度传感器,和设计每个静态混合物17以根据由温度传感器检测的温度控制加热器,以独立地调节管温度。这使得能够根据反应材料(以后提及)的组成改变每个静态混合物17中管的温度。这使得能够在最优反应条件下,采用降低数量的催化剂生产热塑性聚氨酯。
位于静态混合器部分4最上侧的第一静态混合器17a连接到混合部分3的高速搅拌器(或反应罐16),和位于静态混合器部分4最下侧的第n静态混合器17n连接到造粒部分5中以下提及的拉条模头(或单螺杆挤出机18)。
可以根据所需的目的和应用和原材料的组成,合适地确定连接的静态混合器17的数目。成一排连接静态混合器17,如成一排的10-50个静态混合器,或优选成一排的15-35个静态混合器,使得连接的静态混合器整个长度为3-25m,或优选5-20m。在相邻的静态混合器17之间布置未示出的设计以调节流量的齿轮泵。
造粒部分5具有拉条模头19和切刀20。造粒部分5可以呈现为已知造粒机的形式(包括水下切粒机),而对拉条模头19和切刀20没有任何特定的限制。
如需要,可以在静态混合器部分4和造粒部分5之间提供单螺杆挤出机18,如虚线所示,以进一步捏合从静态混合器部分4排出的反应材料。
布置的单螺杆挤出机18可以在其前端具有过滤设备以从反应材料除去颗粒和凝胶。使用的过滤设备包括,例如,聚合物过滤器。
然后,描述由图1所示的生产装置1a生产热塑性聚氨酯的方法。
在此方法中,将分别贮存在多异氰酸酯贮存罐6,多元醇贮存罐7和扩链剂贮存罐8中的多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂提供到高速搅拌器9和同时由高速搅拌器9混合,以因此首先制备反应材料。
为从多异氰酸酯贮存罐6供应多异氰酸酯,根据由流量计13a检测的流量控制齿轮泵12a,使得在如2-100kg/h,或优选2.5-60kg/h的流速下,将多异氰酸酯从多异氰酸酯供应管线11供应到高速搅拌器9。
为从多元醇贮存罐7供应大分子多元醇,根据由流量计13b检测的流量控制齿轮泵12b,使得在如10-200kg/h,或优选15-100kg/h的流速下,将多元醇从多元醇供应管线14供应到高速搅拌器9。
为从扩链剂贮存罐8供应扩链剂,根据由流量计13c检测的流量控制齿轮泵12c,使得在如0.2-50kg/h,或优选0.3-30kg/h的流速下,将扩链剂从扩链剂供应管线15供应到高速搅拌器9。
由于此操作,在处于稳态的高速搅拌器9中,将大分子多元醇和扩链剂的羟基对多异氰酸酯的异氰酸酯基团的当量比(NCO/OH)设定为如0.9-1.2,或优选0.95-1.05和将大分子多元醇对扩链剂的重量比设定为如2-90倍,或优选3-50倍。
然后,高速搅拌器9在搅拌容器10a中,在如下条件下搅拌多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂以制备反应材料:停留时间:0.05-0.5min,或优选0.1-0.4min,温度:70-130℃,或优选80-120℃,和叶片直径为4cm和圆周长度为12cm的搅拌叶片10b的搅拌:500-4,000转每分钟(圆周速度:60-480m/min),或优选2,000-3,000转每分钟(圆周速度:240-360m/min)。
其后如需要,将获得的反应材料在70-140℃,或优选80-120℃下,在反应罐16中保持如0.1-15min,或优选0.5-10min。然后,将反应材料供应到静态混合器部分4和强制通过各自的静态混合器17,以允许它的组分彼此反应。
静态混合器17的管温度可以合适地选自如100-300℃,或优选140-250℃的温度范围,和通过速度是如20-300kg/h,或优选30-150kg/h。
然后,如需要,由单螺杆挤出机18进一步捏合从静态混合器部分4排出的反应材料。然后,将反应材料从造粒部分5中的拉条模头19挤出和以已知方法冷却。其后,将它由切粒机20切割以形成粒料,因此生产热塑性聚氨酯。
根据此方法,由于将包括先前由高速搅拌器9混合的多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂的反应材料引入静态混合器部分4,可以允许反应材料的组分在每个静态混合器17中彼此均匀地反应。这能有效地防止凝胶化物质的产生。这可允许通过使用高熔点的大分子多元醇(大分子多元醇的例子是包括芳族羧酸,如对苯二甲酸和间苯二甲酸和低分子量多元醇的聚酯多元醇,和在以上叙述的聚酯多元醇中的聚碳酸酯二醇),高熔点的扩链剂(扩链剂的例子是上述芳族环多元醇、杂环环多元醇、或脂环族环多元醇,包括,例如,对二甲苯二醇、对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯、间苯二甲酸双(2-羟乙基)酯、1,4-双(2-羟基乙氧基)苯、1,3-双(2-羟基乙氧基)苯、间苯二酚、对苯二酚、2,2’-双(4-羟基环己基)丙烷、3,9-双(1,1-二甲基-2-羟乙基)-2,4,8,10-四噁螺[5,5]十一烷、1,4-环己烷二甲醇、和1,4-环己烷二醇),和缓慢反应的多异氰酸酯(多异氰酸酯的例子是所谓的非变黄(NY)多异氰酸酯如上述的脂族多异氰酸酯和脂环族多异氰酸酯),连续生产热塑性聚氨酯。同样,由于本发明的方法不使用双螺杆挤出机,不产生由双螺杆挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物和来自混合物在双螺杆挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质。此外,不要求催化剂或要求显著降低数量的用于生产热塑性聚氨酯的催化剂。这可允许具有较少的它的性能降低和随时间劣化以及低硬度程度的热塑性聚氨酯的生产。
图2是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第二实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法。在如下部分中,参考图2描述本发明生产热塑性聚氨酯的方法的第二实施方案。在图2中,同样的参考数字表示图1的相应元件和省略相应元件的详细描述。
在图2中,装置1b包括原材料罐部分2,混合部分3,静态混合器部分4,和造粒部分5,如图1所示的装置1a的情况。
原材料罐部分2包括多异氰酸酯贮存罐6,多元醇贮存罐7和扩链剂罐贮存8,如图1所示的装置1a的情况。
在多异氰酸酯贮存罐6中贮存上述的多异氰酸酯,在多元醇贮存罐7中贮存上述的大分子多元醇,和在扩链剂罐贮存8中贮存上述的扩链剂。
混合部分3具有两个构造与图1所示高速搅拌器9相同和串联连接的高速搅拌器9a,9b。
如需要,混合部分3可具有反应罐16a,16b,该反应罐分别在上高速搅拌器9a和下高速搅拌器9b和下高速搅拌器9b的下游之间连接,用于临时贮存在高速搅拌器9a,9b中混合的反应材料以促进反应,如虚线所示。优选,设计反应罐16a,16b以调节温度,如上述反应罐16的情况。可以根据需要提供反应罐16a,16b的任一个或两个。
多异氰酸酯贮存罐6通过多异氰酸酯供应管线11与上高速搅拌器9a连接。在多异氰酸酯供应管线11的中间部分中连接齿轮泵12a和位于齿轮泵12a下游侧的流量计13a,多异氰酸酯供应管线11在罐6和上搅拌器9a之间延伸。
多元醇贮存罐7通过多元醇供应管线14与上高速搅拌器9a连接。在多元醇供应管线14的中间部分中连接齿轮泵12b和位于齿轮泵12b下游侧的流量计13b,多元醇供应管线14在罐7和上搅拌器9a之间延伸。
扩链剂贮存罐8通过扩链剂供应管线15与上高速搅拌器9a连接。在扩链剂供应管线15的中间部分中连接齿轮泵12c和位于齿轮泵12c下游侧的流量计13c,扩链剂供应管线15在罐8和下搅拌器9b之间延伸。
静态混合器部分4包括多个串联连接的静态混合器17,如图1装置1a的情况。位于静态混合器部分4最上侧的第一静态混合器17a连接到混合部分3的下高速搅拌器9b(或反应罐16b),位于静态混合器部分4最下侧的第n静态混合器17n连接到造粒部分5中以后提及的拉条模头19(或单螺杆挤出机18)。
可以根据所需的目的和应用和原材料的组成,合适地确定连接的静态混合器17的数目。成一排连接静态混合器17,如成一排的10-50个静态混合器,或优选成一排的15-35个静态混合器,使得连接的静态混合器整个长度为3-25m,或优选5-20m。在相邻的静态混合器17之间布置未示出的设计以调节流量的齿轮泵。
造粒部分5具有拉条模头19和切刀20,如图1的装置1a情况。如需要,可以在静态混合器部分4和造粒部分5之间提供单螺杆挤出机18,如虚线所示,以进一步捏合从静态混合器部分4排出的反应材料。布置的单螺杆挤出机18可以在其前端具有过滤设备以从反应材料除去颗粒和凝胶。使用的过滤设备包括,例如,聚合物过滤器。
然后,描述由图2所示的生产装置1b生产热塑性聚氨酯的方法。
在此方法中,首先将分别在多异氰酸酯贮存罐6和多元醇贮存罐7中贮存的多异氰酸酯和大分子多元醇供应到上高速搅拌器9a和由上高速搅拌器9a混合,和然后,将获得的混合物和在扩链剂贮存罐8中贮存的扩链剂供应到下高速搅拌器9b和由下高速搅拌器9b混合,以制备反应材料。
在如2-100kg/h,或优选5-60kg/h的流速下将多异氰酸酯从多异氰酸酯贮存罐6供应到上高速搅拌器9a。在如10-200kg/h,或优选15-100kg/h的流速下将大分子多元醇从多元醇贮存罐7供应到上高速搅拌器9a。
由于此操作,在处于稳态的上高速搅拌器9a中,将大分子多元醇的羟基对多异氰酸酯的异氰酸酯基团的当量比(NCO/OH)设定为如1.05-6,或优选1.1-15。
然后,上高速搅拌器9a在搅拌容器10a中,在如下条件下搅拌多异氰酸酯和大分子多元醇以制备混合物:停留时间:0.05-0.5min,或优选0.1-0.4min,温度:60-150℃,或优选80-130℃,和叶片直径为4cm和圆周长度为12cm的搅拌叶片的搅拌:500-4,000转每分钟(圆周速度:60-480m/min),或优选2,000-3,000转每分钟(圆周速度:240-360m/min)。
其后,如需要,在80-150℃,或优选90-140℃下,将获得的混合物在反应罐16a中保持如0.1-60min,或优选1-30min。然后,将混合物供应到下高速搅拌器9b。在如10-200kg/h,或优选20-100kg/h的流速下将混合物从上高速搅拌器9a供应到下高速搅拌器9b。可以由位于高速搅拌器9a(或反应罐16a)下游的未示出齿轮泵调节流速。
在如0.2-50kg/h,或优选0.3-30kg/h的流速下将扩链剂从扩链剂贮存罐8供应到下高速搅拌器9b。
由于此操作,在处于稳态的上高速搅拌器9b中,将扩链剂的羟基对多异氰酸酯的异氰酸酯基团的当量比(NCO/OH)设定为如0.9-1.2,或优选0.95-1.05和将大分子多元醇对扩链剂的重量比设定为如2-90倍,或优选3-50倍。
然后,上高速搅拌器9b在搅拌容器10a中,在如下条件下搅拌多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂以制备反应材料:停留时间:0.05-0.5min,或优选0.1-0.4min,温度:60-150℃,或优选80-140℃,和叶片直径为4cm和圆周长度为12cm的搅拌叶片10b的搅拌:500-4,000转每分钟(圆周速度:60-480m/min),或优选2,000-3,000转每分钟(圆周速度:240-360m/min)。
其后,如需要,将获得的反应材料在70-140℃,或优选80-120℃下,在反应罐16中保持如0.1-15min,或优选0.5-10min。然后,将反应材料供应到静态混合器部分4和强制通过各自的静态混合器17,以允许它的组分彼此反应。
静态混合器17的管温度可以合适地选自如100-300℃,或优选140-250℃的温度范围,和通过速度是如20-300kg/h,或优选30-150kg/h。
然后,如需要,由单螺杆挤出机18进一步捏合从静态混合器部分4排出的反应材料。然后,将反应材料从造粒部分5中的拉条模头19挤出和以已知方法冷却。其后,将它由切粒机20切割以形成粒料,因此生产热塑性聚氨酯。
根据此方法,由于首先由上高速搅拌器9a混合多异氰酸酯和大分子多元醇以制备混合物,然后,由下高速搅拌器9b混合获得的混合物和扩链剂以制备反应材料,和然后将这样制备的反应材料引入静态混合器部分4,可以允许反应材料的组分在各自的静态混合器17中彼此均匀地反应。这可有效地防止凝胶化物质的产生。这可通过使用高熔点的大分子多元醇,高熔点的扩链剂,和缓慢反应的多异氰酸酯,允许连续生产热塑性聚氨酯。同样,由于本发明的方法不使用双螺杆挤出机,不产生由双螺杆挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物和来自混合物在双螺杆挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质。此外,不要求催化剂或要求显著降低数量的用于生产热塑性聚氨酯的催化剂。这可允许具有较少的它的性能降低和随时间劣化以及低硬度程度的热塑性聚氨酯的生产。
图3是显示生产热塑性聚氨酯的装置的第三实施方案的构造的图示说明,向该装置应用本发明生产热塑性聚氨酯的方法。在如下部分中,参考图3描述本发明生产热塑性聚氨酯的方法的第三实施方案。在图3中,同样的参考数字表示图1的相应元件和省略相应元件的详细描述。
在图3中,装置1c包括原材料罐部分2,混合部分3,静态混合器部分4,和造粒部分5,如图1所示的装置1a的情况。
原材料罐部分2包括多异氰酸酯贮存罐6,多元醇贮存罐7和扩链剂罐贮存8,如图1所示的装置1a的情况。
在多异氰酸酯贮存罐6中贮存上述的多异氰酸酯,在多元醇贮存罐7中贮存上述的大分子多元醇,和在扩链剂罐贮存8中贮存上述的扩链剂。
混合部分3具有构造与图1所示装置1a相同的高速搅拌器9。
如需要,混合部分3可具有反应罐16,用于临时贮存在高速搅拌器9中混合的反应材料以促进反应,如虚线所示。优选,设计此反应罐16以调节温度。然后在高速搅拌器9和第一静态混合器17a之间连接反应罐16,第一静态混合器17a位于以下提及的静态混合器部分4的最上侧。
多异氰酸酯贮存罐6通过多异氰酸酯供应管线11与高速搅拌器9连接。在多异氰酸酯供应管线11的中间部分中连接齿轮泵12a和位于齿轮泵12a下游侧的流量计13a,多异氰酸酯供应管线11在罐6和搅拌器9之间延伸。
多元醇贮存罐7通过多元醇供应管线14与高速搅拌器9连接。在多元醇供应管线14的中间部分中连接齿轮泵12b和位于齿轮泵12b下游侧的流量计13b,多元醇供应管线14在罐7和搅拌器9之间延伸。
扩链剂贮存罐8通过扩链剂供应管线15与T形连接管21连接,而该T形连接管在静态混合器部分4的相邻静态混合器17之间连接(在图3中在第一静态混合器17a和第二静态混合器17b之间)。在扩链剂供应管线15的中间部分中连接齿轮泵12c和位于齿轮泵12c下游侧的流量计13c,扩链剂供应管线15在罐8和T形连接管21之间延伸。
静态混合器部分4包括多个串联连接的静态混合器17,如上述装置的情况。位于静态混合器部分4最上侧的第一静态混合器17a连接到混合部分3的下高速搅拌器9(或反应罐16),位于静态混合器部分4最下侧的第n静态混合器17n连接到造粒部分5中以后提及的拉条模头19(或单螺杆挤出机18)。
可以根据所需的目的和应用和原材料的组成,如上所述,合适地确定连接的静态混合器17的数目。成一排连接静态混合器17,如成一排的10-50个静态混合器,或优选成一排的15-35个静态混合器,使得连接的静态混合器整个长度为3-25m,或优选5-20m。在相邻的静态混合器17之间布置未示出的设计以调节流量的齿轮泵。在静态混合器部分4中,在相邻静态混合器17之间的任何中间部分中,连接允许结合到扩链剂供应管线15的T形连接管21。
造粒部分5具有拉条模头19和切刀20,如上述装置的情况。如需要,可以在静态混合器部分4和造粒部分5之间提供单螺杆挤出机18,如虚线所示,以进一步捏合从静态混合器部分4排出的反应材料。布置的单螺杆挤出机18可以在其前端具有过滤设备以从反应材料除去颗粒和凝胶。使用的过滤设备包括,例如,聚合物过滤器。
然后,描述由图3所示的生产装置1c生产热塑性聚氨酯的方法。
在此方法中,首先将分别在多异氰酸酯贮存罐6和多元醇贮存罐7中贮存的多异氰酸酯和大分子多元醇供应到高速搅拌器9和由高速搅拌器9混合,和然后,将获得的混合物强制通过位于静态混合器4中T形连接管上游的各自静态混合器17(图3中的第一静态混合器17a),以允许混合物的反应。其后,将扩链剂从扩链剂供应管线15供应到T形连接管21和在混合物中共混,和与它在T形连接管21中混合,以制备反应材料。
在如2-100kg/h,或优选5-60kg/h的流速下将多异氰酸酯从多异氰酸酯贮存罐6供应到高速搅拌器9。在如10-200kg/h,或优选15-100kg/h的流速下将大分子多元醇从多元醇贮存罐7供应到高速搅拌器9。
由于此操作,在处于稳态的高速搅拌器9中,将大分子多元醇的羟基对多异氰酸酯的异氰酸酯基团的当量比(NCO/OH)设定为如1.05-6,或优选1.1-5。
然后,高速搅拌器9在搅拌容器10a中,在如下条件下搅拌多异氰酸酯和大分子多元醇以制备混合物:停留时间:0.05-0.5min,或优选0.1-0.4min,温度:60-150℃,或优选80-130℃,和叶片直径为4cm和圆周长度为12cm的搅拌叶片10b的搅拌:500-4,000转每分钟(圆周速度:60-480m/min),或优选2,000-3,000转每分钟(圆周速度:240-360m/min)。
其后,如需要,在80-150℃,或优选90-140℃下,将获得的混合物在反应罐16中保持如0.1-60min,或优选1-30min。然后,将混合物供应到静态混合器部分4和强制通过各自的静态混合器17(图3中的第一静态混合器17a),以允许混合物的反应。在位于静态混合器4中T形连接管21上游的各自静态混合器17(图3中的第一静态混合器17a)中,将管温度设定为如100-300℃,或优选150-280℃,和将通过速度设定为如10-200kg/h,或优选30-150kg/h。
在如1-50kg/h,或优选3-30kg/h的流速下将扩链剂从扩链剂贮存罐8供应到T形连接管21。由于此操作,在处于稳态的T形连接管21中,将大分子多元醇和扩链剂的羟基对多异氰酸酯的异氰酸酯基团的当量比(NCO/OH)设定为如0.9-1.2,或优选0.95-1.05和将大分子多元醇对扩链剂的重量比设定为如2-90倍,或优选3-50倍。
在此方法中,将在T形连接管21中制备的反应材料强制通过位于静态混合器4中T形连接管上游的各自静态混合器17(图3中的第二静态混合器17b到第n静态混合器17n),以允许反应材料的反应。
在位于静态混合器4中T形连接管21上游的各自静态混合器17(图3中的第二静态混合器17b到第n静态混合器17n)中,将管温度适当地设定为如100-300℃,或优选150-280℃,和将通过速度设定为如20-300kg/h,或优选30-150kg/h。
然后,如需要,由单螺杆挤出机18进一步捏合从静态混合器部分4排出的反应材料。然后,将反应材料从造粒部分5中的拉条模头19挤出和冷却。其后,将它由切粒机20切割以形成粒料,因此生产热塑性聚氨酯。
根据此方法,首先由高速搅拌器9混合多异氰酸酯和大分子多元醇以制备混合物,和然后,允许获得的混合物在位于静态混合器4中T形连接管21上游的各自静态混合器17(图3中的第一静态混合器17a)中反应,使得在其中合成预聚物。其后,将扩链剂供应和在T形连接管21中的预聚物中共混,以制备反应材料。然后,将这样制备的反应材料引入位于静态混合器4中T形连接管21上游的各自静态混合器17(图3中的第二静态混合器17b到第n静态混合器17n)中和在其中反应。因此,可以允许反应材料的组分在各自的静态混合器17中均匀地彼此反应。这可有效地防止凝胶化物质的产生。这可通过使用高熔点的大分子多元醇,高熔点的扩链剂,和缓慢反应的多异氰酸酯,允许连续生产热塑性聚氨酯。同样,由于本发明的方法不使用双螺杆挤出机,不产生由双螺杆挤出机螺杆的机械剪切引起的燃烧沉积物和来自混合物在双螺杆挤出机螺杆凹槽中保留的凝胶化物质。此外,不要求催化剂或要求显著降低数量的用于生产热塑性聚氨酯的催化剂。这可允许具有较少的它的性能降低和随时间劣化以及低硬度程度的热塑性聚氨酯的生产。
在上述方法中生产的热塑性聚氨酯也提供较少的燃烧沉积物和凝胶化物质和较少的它的性能降低和随时间劣化。此外,它具有优异的机械性能如拉伸强度,断裂伸长率,耐撕裂性,和压缩变定和在制造中是优异的在于它具有如此宽的熔融温度范围使它在对于相同硬度的更低温度下开始流化。另外,它在焦烧和颗粒结构上提供较少的凝胶化物质(鱼眼)。此外,由于可以降低用于生产的催化剂数量,甚至当使用不变黄多异氰酸酯时,它具有优异的,更为难以变黄的倾向。
因此,具有这些性能的热塑性聚氨酯可以有效地应用于各种领域,该领域包括,例如,鞋子和鞋子和滑雪靴的鞋垫、汽车的外部件和内部件、电气组件、轮脚、胶管、管子、片材、膜、和纤维。
在上述方法中,可以加入对以上叙述的原材料具有不溶解性或自身具有非热熔融性能的任何已知添加剂(优选是先前母炼的添加剂),该添加剂包括,例如,无机颜料、无机抗菌剂、无机气味消除剂、和阻燃剂。
尽管不对加入添加剂的方法施加特定的限制,可以通过使用图4第四方案的装置1d加入添加剂。如图4所示,将注入T形管22连接到静态混合器部分4中的相邻静态混合器17之间的任何中间部分。在图4中,同样的参考数字表示图1的相应元件和省略相应元件的详细描述。
将添加剂加入到单螺杆挤出机23中和从注入T形管22供应到静态混合器部分4中相邻静态混合器17之间的中间部分。因此,将从注入T形管22供应的添加剂在通过位于静态混合器部分4中注入T形管22上游的各自静态混合器17的反应材料中共混,和在位于静态混合器部分4中注入T形管22上游的各自静态混合器17的反应材料中均匀混合。在如0.1-80kg/h,或优选0.5-30kg/h的加料速度下连续将添加剂从单螺杆挤出机23加入。
同样,可以通过使用图1-3所示的装置1a-1c生产反应性热熔体。反应性热熔体是包含作为主要组分的聚氨酯预聚物和包括热塑性聚合物,增粘剂,增弹剂等的材料,该聚氨酯预聚物在其分子末端含有异氰酸酯基团,共混热塑性聚合物,增粘剂,增弹剂等用于向基础材料施加粘合力和添加剂自身耐热性的目的。为获得此反应性热熔体,首先通过使用图1-3所示的装置1a-1c生产包含作为主要原材料的大分子多元醇和多异氰酸酯的聚氨酯预聚物。
聚酯多元醇典型地用作大分子多元醇。可以使用的聚酯多元醇包括,例如,在如下物质酯化反应中生产的聚酯多元醇:低分子量多元醇,如乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、和三羟甲基丙烷,与脂族羧酸,如己二酸、癸二酸和壬二酸,或芳族羧酸,如对苯二甲酸和间苯二甲酸。
为开发作为热熔粘合剂的功能,在约室温下液化或结晶的聚酯多元醇单独使用或以两种或多种的结合使用。优选,使用的聚酯多元醇的数均分子量为约500-10,000,或优选约1,000-9,000。
以上叙述的MDI、TDI、HMDI、HDI、IPDI、XDI和NBDI优选用作多异氰酸酯。将大分子多元醇的羟基对多异氰酸酯的异氰酸酯基团的当量比(NCO/OH)设定为如1.1-8,或优选1.3-5。
以下给出的方法叙述为生产聚氨酯预聚物的方法的例子,聚氨酯预聚物是反应性热熔体的主要组分。首先,在惰性气体气氛下将多异氰酸酯加入到图1所示装置1a的多异氰酸酯贮存罐6中,和在其中在多异氰酸酯变成液体的温度下贮存。通常地,多异氰酸酯采用搅拌在约40-60℃的温度下在氮气气氛中贮存,尽管条件依赖于它的性能。
其后,将上述聚酯多元醇加入到图1所示装置1a的多元醇贮存罐7中,和在其中在多异氰酸酯变成液体的温度下贮存。通常地,聚酯多元醇采用搅拌在约40-150℃的调节温度下在氮气气氛中贮存,尽管条件依赖于它的性能。
其后,将多异氰酸酯和聚酯多元醇从多异氰酸酯贮存罐6和多元醇贮存罐7,通过各自的齿轮泵12a,12b,经多异氰酸酯供应管线11和多元醇供应管线14供应到高速搅拌器9,和由上述方法加入到第一静态混合器17a。
可以依赖于生产的聚氨酯预聚物的数量合适地确定连接的静态混合器17的数目。成一排连接静态混合器17,如成一排的3-80个静态混合器,或优选成一排的5-60个静态混合器。在相邻的静态混合器17之间布置未示出的设计以调节流量的齿轮泵。依赖于使用的原材料的组成,将静态混合器设定为约40-260℃,或优选60-230℃的温度。
将在上述条件下在静态混合器17中聚合的聚氨酯预聚物强制送到图1所示的单螺杆挤出机18,和然后将热塑性聚合物,增粘剂,增弹剂等加入到聚氨酯预聚物中和在单螺杆挤出机18中捏合,以此生产反应性热熔体。这样生产的反应性热熔体的游离异氰酸酯基团的含量为1-5%,或优选约1.2-3%。
实施例
尽管在如下内容中,参考实施例和对比例进一步详细描述了本发明,但本发明并不限于任何说明的实施例。
实施例1
在如下操作中使用图1所示的装置1a生产热塑性聚氨酯(以下它称为“TPU”),该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的十五个静态混合器17,包括反应罐16和单螺杆挤出机18。
静态混合器部分4包括第一到第三静态混合器17a-17c(在一排中连接的三个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在240℃),第四到第五静态混合器17d-17e(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为20mmφ和预设定在200℃),第六到第十二静态混合器17f-171(在一排中连接的七个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为38mmφ和预设定在200℃),和第十三到第十五静态混合器17m-17o(在一排中连接的三个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在200℃)。
将12.4重量份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(它以下称为“MDI”/商标名:Cosmonate PH,购自MITSUI TAKEDA CHEMICALS,INC.)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到40℃。
将195重量份数均分子量为8,300的聚乙二醇(商标名:Ekipeg6000,购自Sanyo Chemical Industries,Ltd.,熔融温度:100℃)和以大分子多元醇重量为基础计30ppm的二月桂酸二丁基锡(购自NITTOKASEI CO.,LTD.)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到90℃。
将2.33重量份1,4-丁二醇(它以下称为“BG”,购自BASF,熔融温度:50℃)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到40℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在2.86kg/h,45kg/h,和0.54kg/h流速下,将MDI,多元醇溶液和BG加入到高速搅拌器9(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将混合物在反应罐16(10升)中保持1-7min,和然后加入到静态混合器部分4中的第一静态混合器17a。
其后,将从第十五静态混合器17o排出的反应材料压挤入单螺杆挤出机(在压挤配合部分的65mm和150℃,购自GM EngineeringCO.,LTD.)。在已经从拉条模头19挤出和由急冷辊/冷却带冷却之后,将反应材料由造粒机(PPL-130,购自ISHINAKA IRON WORKS,CO.,LTD)切割以生产粒料形式的TPU。
实施例2
在如下操作中使用图1所示的装置1a生产TPU,该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的十六个静态混合器17,包括单螺杆挤出机18但不包括反应罐16。
静态混合器部分4包括第一到第七静态混合器17a-17g(在一排中连接的七个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在190℃),第八到第九静态混合器17h-17i(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为20mmφ和预设定在180℃),第十到第十四静态混合器17j-17n(在一排中连接的五个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为38mmφ和预设定在170℃),和第十五到第十六静态混合器17o-17p(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在170℃)。
将1,623重量份二环己基甲烷二异氰酸酯(它以下称为“HMDI”,购自Sumika Bayer Urethane,熔融温度:50℃)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到40℃。
将3,048重量份数均分子量为200的聚酯多元醇(商标名:HT-12,购自HOKOKU CORPORATION,熔融温度:95℃),以大分子多元醇重量为基础计50ppm的辛酸亚锡(商标名:STANOCT,购自API CORPORATION),每100重量份大分子多元醇的1.0重量份双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺(商标名:STABILIZER 7000,购自RASCHIG GmbH),0.34重量份受阻酚抗氧剂(商标名:IRGANOX 1010,购自Ciba-Geigy),0.34重量份苯并三唑紫外吸收剂(商标名:JF-83,购自Johoku Chemical),和0.16重量份受阻胺光稳定剂(商标名:LA-52,购自Asaki Denka KogyoK.K.)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到90℃。
将400重量份BG(购自BASF,熔融温度:50℃)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到50℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在16.8kg/h,30.5kg/h,和4.0kg/h流速下,将HMDI,多元醇溶液和BG加入到高速搅拌器9(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些材料完全搅拌和混合之后,将混合物加入到静态混合器部分4中的第一静态混合器17a。
其后,将从第十六静态混合器17p排出的反应材料压挤入单螺杆挤出机(在压挤配合部分的65mm和140℃,购自GM EngineeringCO.,LTD.)。在已经从拉条模头19挤出之后,将反应材料由水下造粒机(购自GaLa)水下切割以生产粒料形式的TPU。
实施例3
在如下操作中使用图1所示的装置1a生产TPU,该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的十六个静态混合器17,包括单螺杆挤出机18但不包括反应罐16。
静态混合器部分4包括第一到第七静态混合器17a-17g(在一排中连接的七个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在180℃),第八到第九静态混合器17h-17i(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为20mmφ和预设定在170℃),第十到第十四静态混合器17j-17n(在一排中连接的五个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为38mmφ和预设定在180℃),和第十五到第十六静态混合器17o-17p(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在180℃)。
将1,676重量份HMDI(购自Sumika Bayer Urethane,熔融温度:50℃)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到40℃。
将2,408重量份数均分子量为2000的聚碳酸酯二醇(商标名:UH-CARB200,购自Ube Industries,Ltd.,熔融温度:110℃),以大分子多元醇重量为基础计30ppm的二月桂酸二丁基锡(商标名:NEOSTANN U-100,购自NITTO KASEI CO.,LTD.),每100重量份多元醇的0.4重量份双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺(商标名:LUPRAGEN-9119,购自BASF),0.1重量份受阻酚抗氧剂(商标名:IRGANOX 1010,购自Ciba-Geigy),0.34重量份苯并三唑紫外吸收剂(商标名:JF-83,购自Johoku Chemical),和0.16重量份受阻胺光稳定剂(商标名:LA-52,购自Asaki Denka Kogyo K.K.)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到110℃。
将452重量份BG(购自BASF,熔融温度:50℃)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到50℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在16.8kg/h,24.1kg/h,和4.55kg/h流速下,将HMDI,多元醇溶液和BG加入到高速搅拌器9(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将混合物加入到静态混合器部分4中的第一静态混合器17a。
其后,将从第十六静态混合器17p排出的反应材料压挤入单螺杆挤出机(在压挤配合部分的65mm和140℃,购自GM EngineeringCO.,LTD.)。在已经从拉条模头19挤出和水浴中冷却之后,将反应材料由造粒机(PPL-130,购自ISHINAKA IRON WORKS,CO.,LTD)切割以生产粒料形式的TPU。
实施例4
在如下操作中使用图2所示的装置1b生产TPU,该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的十六个静态混合器17,包括位于两个高速搅拌器9a,9b之间的反应罐16a和单螺杆挤出机18。
静态混合器部分4包括第一到第七静态混合器17a-17g(在一排中连接的七个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在240℃),第八到第九静态混合器17h-17i(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为20mmφ和预设定在200℃),第十到第十四静态混合器17j-17n(在一排中连接的五个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为38mmφ和预设定在170℃),和第十五到第十六静态混合器17o-17p(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在150℃)。
将1,003重量份MDI(商标名:Cosmonate PH,购自MITSUI TAKEDACHEMICALS,INC.)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到40℃。
将3,833重量份数均分子量为2000的聚酯多元醇(商标名:U-2001,购自MITSUI TAKEDA CHEMICALS,INC.,熔融温度:120℃),每100重量份大分子多元醇的0.3重量份双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺(商标名:STABILIZER 7000,购自RASCHIG GmbH)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到120℃。
将17.6重量份BG(购自BASF,熔融温度:50℃)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到50℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在16.8kg/h和38.3kg/h流速下,将HMDI和多元醇溶液加入到上高速搅拌器9a(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将混合物在反应罐16a(10升)中保持十分钟,以合成预聚物(混合物)。
然后,分别在55.1kg/h和1.76kg/h流速下,将获得的预聚物和BG加入到下高速搅拌器9b(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将它们加入到静态混合器部分4中的第一静态混合器17a。
其后,将从第十六静态混合器17p排出的反应材料压挤入单螺杆挤出机(在压挤配合部分的65mm和140℃,购自GM EngineeringCO.,LTD.)。在已经从拉条模头19挤出之后,将反应材料由水下造粒机(购自GaLa)水下切割以生产粒料形式的TPU。
实施例5
在如下操作中使用图3所示的装置1c生产TPU,该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的二十四个静态混合器17,包括在第一到第四静态混合器17a-17d和第五到第八静态混合器17e-17h之间的T形连接管21,和不包括反应罐16和单螺杆挤出机18。
静态混合器部分4包括第一到第四静态混合器17a-17d(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在200-260℃),第五到第八静态混合器17e-17h(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为13mmφ和预设定在280℃),第九到第十二静态混合器17i-171(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在250-280℃),第十三到第十六静态混合器17m-17p(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在220-230℃),第十七到第二十静态混合器17q-17t(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在210-220℃),和第二十一到第二十四静态混合器17u-17x(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在210℃)。
将326重量份MDI(商标名:Cosmonate PH,购自MITSUI TAKEDACHEMICALS,INC.)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到45℃。
将510重量份数均分子量为1,000的聚四亚甲基醚二醇(商标名:PTG-1000,购自Hodogaya Chemical Co.,Ltd)和每100重量份大分子多元醇的0.965重量份受阻酚抗氧剂(商标名:IRGANOX 1010,购自Ciba Specialty Chemicals)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到60℃。
将158重量份1,4-双(2-羟基乙氧基)苯(商标名:BHEB,购自SUNTECHNOCHEMICALS CO.,LTD.,它称为“BHEB”)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到125℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在16.32kg/h和25.76kg/h流速下,将MDI和多元醇溶液加入到高速搅拌器9(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将混合物加入到静态混合器部分4的第一静态混合器17a中,以在第一到第四静态混合器17a-17d中合成异氰酸酯基团封端的预聚物。
当测量和计算这样获得的预聚物的游离异氰酸酯基团浓度(NCO%)时,异氰酸酯基团的反应率是99%。
在这样的状态下,在7.92kg/h的流速下,将BHEB从扩链剂贮存罐8加入到位于第一到第四静态混合器17a-17d和第五到第八静态混合器17e-17h之间的T形连接管21。
将从第二十四静态混合器17x排出的反应材料从拉条模头19挤出和由造粒机20切割和在100℃下干燥24小时,以生产粒料形式的TPU。
实施例6
在如下操作中使用图3所示的装置1c生产TPU,该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的二十四个静态混合器17,包括反应罐16但不包括单螺杆挤出机18,和包括在第一到第四静态混合器17a-17d和第五到第八静态混合器17e-17h之间的T形连接管21。
静态混合器部分4包括第一到第四静态混合器17a-17d(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在200-250℃),第五到第八静态混合器17e-17h(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为13mmφ和预设定在250℃),第九到第十二静态混合器17i-17l(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在230-250℃),第十三到第十六静态混合器17m-17p(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在210-220℃),第十七到第二十静态混合器17q-17t(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在200-210℃),和第二十一到第二十四静态混合器17u-17x(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在190℃)。
将2,5-,2,6-二异氰酸酯甲基-双环[2,2,1]-庚烷的异构体混合物(商标名:Cosmonate NBDI,购自MITSUI TAKEDA CHEMICALS,INC.,它以下称为“NBDI”)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到55℃。
将484重量份数均分子量为1,000的聚己内酯二醇(商标名:Placcel 210,购自DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES,LTD),以大分子多元醇重量为基础计20ppm的二月桂酸二正丁基锡(购自Tokyo KaseiKogyo Co.,Ltd.),和每100重量份多元醇的1.2重量份液体光稳定剂(商标名:Tinuvin B75,购自Ciba Specialty Chemicals Inc.)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到90℃。
将185重量份BHEB(商标名:BHEB,购自SUN TECHNOCHEMICALSCO.,LTD.,)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到125℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在16.28kg/h和24.49kg/h流速下,将NBDI和多元醇溶液加入到高速搅拌器9(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将混合物加入到静态混合器部分4的第一静态混合器17a中,以在第一到第四静态混合器17a-17d中合成异氰酸酯基团封端的预聚物。
在这样的状态下,在9.23kg/h的流速下,将BHEB从扩链剂贮存罐8加入到位于第一到第四静态混合器17a-17d和第五到第八静态混合器17e-17h之间的T形连接管21。
将从第二十四静态混合器17x排出的反应材料从拉条模头19挤出和由造粒机20切割和在100℃下干燥24小时,以生产粒料形式的TPU。
实施例7
在如下操作中使用图4所示的装置1d生产TPU,该装置在静态混合器部分4中具有在一排连接的二十个静态混合器17,包括单螺杆挤出机18,但不包括反应罐16,和包括在第一到第十二静态混合器17a-171和第十三到第二十静态混合器17m-17t之间连接的注入T形管22。
静态混合器部分4包括第一到第七静态混合器17a-17g(在一排中连接的七个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在190℃),第八到第九静态混合器17h-17i(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为20mmφ和预设定在180℃),第十到第十二静态混合器17j-171(在一排中连接的三个静态混合器,每个为管形式,管长度为1.0m和内径为38mmφ和预设定在170℃),第十三到第十四静态混合器17m-17n(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在170℃),和第十五到第二十静态混合器17o-17t(在一排中连接的六个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在170℃)。30mm的单螺杆挤出机23(购自GM EngineeringCO.,LTD.,160-180℃)连接到注入T形管22。
将1,623重量份HMDI(购自Sumika Bayer Urethane,熔融温度:50℃)加入到多异氰酸酯贮存罐6中和调节到40℃。
将3,048重量份数均分子量为200的聚酯多元醇(商标名:HT-12,购自HOKOKU CORPORATION,熔融温度:95℃),以大分子多元醇重量为基础计25ppm的辛酸亚锡(商标名:STANOCT,购自API CORPORATION),每100重量份大分子多元醇的1.0重量份双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺(商标名:STABILIZER 7000,购自RASCHIG GmbH),0.34重量份受阻酚抗氧剂(商标名:IRGANOX 1010,购自Ciba-Geigy),0.34重量份苯并三唑紫外吸收剂(商标名:JF-83,购自Johoku Chemical),和0.16重量份受阻胺光稳定剂(商标名:LA-52,购自Asaki Denka KogyoK.K.)(这些组分以下称为“多元醇溶液”)加入到多元醇贮存罐7中和调节到90℃。
将400重量份BG(购自BASF,熔融温度:50℃)加入到扩链剂贮存罐8中和调节到50℃。在氮气气氛下进行这些操作。
然后,分别在11.76kg/h,21.35kg/h,和2.8kg/h流速下,将HMDI,多元醇溶液和BG加入到高速搅拌器9(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)。在将这些原材料完全搅拌和混合之后,将混合物加入到静态混合器部分4中的第一静态混合器17a。
在此状态下,在6kg/h流速下,将包含40wt%气味消除剂(商标名:KESUMON,购自TOAGOSEI CO.,LTD.)母炼的粒料(组成上与实施例7中获得的TPU相同)连续加入到单螺杆挤出机23中,和从其供应到在静态混合器部分4中的第一到第十二静态混合器17a-171和第十三到第二十静态混合器17m-17t之间连接的注入T形管22。
其后,将从第二十静态混合器17t排出的反应材料压挤入单螺杆挤出机(在压挤配合部分的65mm,140℃,购自GM EngineeringCO.,LTD.)。在已经从拉条模头19挤出之后,将反应材料由水下造粒机(购自GaLa)水下切割以生产粒料形式的TPU,该粒料包含加入的气味消除剂。
对比例1
使用与实施例1中那些相同的原材料(区别在于以大分子多元醇重量为基础计加入40ppm催化剂)和与由实施例1中的相同高速搅拌器(购自Sakura Plant Co.,Ltd的SM40,预设定温度:120℃)混合。其后,将混合物加入到46mm的双螺杆挤出机(PCM46,L/D=41.5,200-250℃,购自IKEGAI Corporation),以允许混合物和反应。然后,由齿轮泵将获得的反应材料压挤入静态混合器(管长度为0.5m,内径为38mmφ和预设定在200℃)。
其后,尝试以实施例1中相同的方式将反应材料造粒,但由于在模头顶端它的熔融粘度不足够大,它不能由造粒机切割和造粒。
对比例2
使用与实施例1中那些相同的原材料(区别在于以大分子多元醇重量为基础计加入1,000ppm催化剂)和也进行与对比例1那些相同的操作以获得粒料形式的TPU。
对比例3
使用与实施例2中那些相同的原材料和在反应容器中混合,以允许它们的组分彼此反应。在此反应中,HMDI反应较缓慢使得甚至在经过约一小时之后,反应容器中的反应材料保持为液体。需要五小时或更多以完全固化反应材料。其后,将反应材料在100℃下退火和然后由切割机和粉化机变成薄片形式,以由间歇方法生产TPU。
对比例4
使用1,599重量份MDI,2,408重量份包含添加剂(每100重量份多元醇的0.34重量份受阻酚抗氧剂)的数均分子量为2,000的聚碳酸酯二醇(商标名:UH-CARB2000,购自Ube Industries,Ltd.,),和452重量份BG和混合,以允许它们的组分彼此反应。其后,将反应材料在120℃下退火十六小时和然后由切割机和粉化机变成薄片形式,以由间歇方法生产TPU。
对比例5
使用与实施例4中那些相同的原材料(区别在于以大分子多元醇重量为基础计加入20ppm辛酸亚锡)和由与对比例1中相同的装置和相同条件生产粒料形式的TPU。生产TPU而不加入任何催化剂,如实施例4的情况,但它的粘度不能足够大以造粒反应材料。与此相对比,当它刚生产出来时,实施例4中获得的TPU的熔融粘度为500Pa.s或更高。此外,由于剩余异氰酸酯的随时间反应,在经过三天之后,TPU的熔融粘度增加到2,000Pa.s或更高。
对比例6
将大分子多元醇,多异氰酸酯,扩链剂直接引入图1所示装置1a的静态混合器,该装置不包括混合部分3,反应罐16和单螺杆挤出机18。在装置1a中,在静态混合器部分4中在一排连接二十四个静态混合器17。将以与实施例5相同方式制备的原材料强制通过静态混合器,因此在如下操作中生产TPU。
静态混合器部分4包括第一到第四静态混合器17a-17d(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在200-260℃),第五到第八静态混合器17e-17h(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为13mmφ和预设定在280℃),第九到第十二静态混合器17i-171(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在250-280℃),第十三到第十六静态混合器17m-17p(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在220-230℃),第十七到第二十静态混合器17q-17t(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在210-220℃),和第二十一到第二十四静态混合器17u-17x(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在210℃)。
分别在25.76kg/h,16.32kg/h和7.92kg/h流速下,将多元醇溶液,MDI和BHEB强制通过。
将从第二十四静态混合器17x排出的反应材料从拉条模头19挤出和由造粒机20切割和在100℃下干燥24小时,以生产粒料形式的TPU。
对比例7
将大分子多元醇,多异氰酸酯,扩链剂直接引入图1所示装置1a的静态混合器,该装置不包括混合部分3,反应罐16和单螺杆挤出机18。在装置1a中,在静态混合器部分4中在一排连接二十四个静态混合器17。将以与实施例6相同方式(区别在于以大分子多元醇重量为基础计加入600ppm的二月桂酸二正丁基锡)制备的原材料强制通过静态混合器,因此在如下操作中生产TPU。
静态混合器部分4包括第一到第四静态混合器17a-17d(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为38mmφ和预设定在200-250℃),第五到第八静态混合器17e-17h(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为13mmφ和预设定在250℃),第九到第十二静态混合器17i-17l(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在230-250℃),第十三到第十六静态混合器17m-17p(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在210-220℃),第十七到第二十静态混合器17q-17t(在一排中连接的四个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在200-210℃),和第二十一到第二十四静态混合器17u-17x(在一排中连接的两个静态混合器,每个为管形式,管长度为0.5m和内径为20mmφ和预设定在190℃)。
分别在24.49kg/h,16.28kg/h和7.92kg/h流速下,将多元醇溶液,NBDI和BHEB强制通过。
将从第二十四静态混合器17x排出的反应材料从拉条模头19挤出和由造粒机20切割和在100℃下干燥24小时,以生产粒料形式的TPU。
评价
测试实施例1
在生产一天之后,由流动测试仪(类型:CFT-500D,购自ShimadzuCorporation,测量条件:参见以下给出的条款(3))测量实施例1中获得的TPU和对比例2中获得的TPU的熔融粘度。结果是实施例1的TPU和对比例2的TPU的熔融粘度两者是10,000Pa.s或更大。
其后,将这些TPU在室温下保持在暗的位置两个月。当在第一次测量两个月之后进行测量时,发现在实施例1的TPU中,剩余异氰酸酯的反应继续进行,使得实施例1的TPU的熔融粘度增加到不小于15,000Pa.s,而对比例2的TPU的熔融粘度降低到不大于7,000Pa.s。从连续测量发现对比例2的TPU的熔融粘度进一步降低。假定对比例2的TPU的熔融粘度的降低是由于由催化剂的TPU分解。
测试实施例2
由注塑机(购自Mitsubishi Heavy Industries,Ltd.的75MSII,预设定在210℃),将实施例3中获得的TPU(HMDI类型)和对比例4中获得的TPU(MDI类型)模塑成3mm厚,100mm宽,和100mm长的板。允许获得的片在室外静置7天用于对太阳的曝露,因此进行耐光性测试。在从注塑一周之后,从两个板的比较发现从实施例3的TPU形成的板不变黄,而从对比例4的TPU形成的板外观变黄。
测试实施例3
使用Brabender(购自Brabender OHG.),将实施例1中获得的TPU和对比例5中获得的TPU模塑成0.1mm厚和80mm宽的片。然后,以与以下条款(4)中给出那些相同的条件,进行获得的片中鱼眼(凝胶化物质)存在的测量。
从测量发现从操作的初始阶段,在从对比例5的TPU形成的片中观察到鱼眼,而在24小时操作之后,在实施例1的TPU形成的片中没观察到鱼眼。
测试实施例4
将实施例5,6中获得的TPU和对比例6,7中获得的TPU成形为膜或由注塑方法模塑,以制备测试片。然后,对在以下条款(1)-(5)中列出的那些测试片性能进行测量。在将它们经受测试之前,将测试片在100℃下热处理24小时。结果见表1。
(1)硬度
根据JIS K-7311的规定,在23℃下在50%相对湿度下测量每个测试片的Shore硬度。使用A类型硬度试验器。
(2)拉伸强度(单位:MPa),断裂伸长率(单位:%),抗撕裂性(单位:kN/m),Taber磨耗(单位:mg),压缩变形(单位:%)
根据JIS K-7311的规定,在23℃下在50%相对湿度下测量每个测试片的拉伸强度,断裂伸长率,抗撕裂性,和Taber磨耗。根据JISK-6251的规定,在70℃下对每个测试片测量压缩变形二十小时。
(3)流化初始温度(单位:℃)和熔融温度范围(单位:℃)
将实施例5,6中获得的TPU和对比例6,7中获得的TPU的2g粒料(或薄片)装填入流动测试仪(类型:CFT-500D,购自ShimadzuCorporation)和在2.5℃/min的升温速率和196N的负荷下,通过使用1mm(直径)×10mm(长度)的喷嘴测量流化初始温度。熔融温度范围测量为如下温度之间的差值:2g粒料(或薄片)开始熔融的温度和熔融材料从喷嘴的流出物完成的温度。
(4)鱼眼(单位:片每300cm2)
在将实施例5,6中获得的TPUs和对比例6,7中获得的TPUs成形为100μm厚的膜之后,将膜切割成200mm长和150mm宽的片。采用偏振显微镜观察直径不小于80μm的细粒子和测量这样细粒子的数目。
(5)变黄(ΔYI)
使用从对比例6,7中获得的TPU形成的注塑片和根据JISK-7350-2A的规定测量。在63℃的暗板温度,50%相对湿度,和0.35w/m2照明强度的条件下,对于变黄测试,通过使用氙辐射测试机(SuperXenon Weather Meter SX75:购自Suga Test Instruments Co.,Ltd.),采用氙照射测试片1000小时。在辐射之后,将测试片取出和采用黄度指数增加率评价变黄性。
(表1)
实施例/对比例 | 实施例5 | 对比例6 | 实施例6 | 对比例7 |
硬度(Shore硬度/类型A) | 96 | 96 | 87 | 86 |
拉伸强度(MPa) | 51.2 | 44.5 | 41.1 | 38.2 |
断裂伸长率(%) | 565 | 615 | 623 | 655 |
抗撕性(kN/m) | 157.1 | 142.1 | 121.1 | 113.4 |
Taber磨耗(mg) | 19 | 23 | 21 | 25 |
压缩变形(%) | 25.2 | 31.3 | 34.3 | 38.5 |
流化初始温度(℃) | 195 | 212 | 175 | 181 |
熔融温度范围(℃) | 26 | 11 | 35 | 28 |
鱼眼(片每300cm2) | 21 | 387 | 15 | 245 |
变黄(ΔYI) | 未评价 | 未评价 | 7.4 | 16.7 |
尽管在以上描述中提供本发明的说明性实施方案,这样的实施方案仅用于说明性目的和并不是用于严格解释。对本领域技术人员显然的本发明改进和变化要由如下权利要求书覆盖。
Claims (8)
1.一种生产热塑性聚氨酯的方法,其中允许反应材料反应同时通过静态混合器,该反应材料包括先前混合的至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合物和扩链剂,其中静态混合器包括多个串联连接的静态混合器,每个混合器能够独立地进行静态混合器内部的温度控制。
2.根据权利要求1的生产热塑性聚氨酯的方法,其中由高速搅拌器混合至少多异氰酸酯和大分子多元醇。
3.根据权利要求1的生产热塑性聚氨酯的方法,其中通过同时混合多异氰酸酯,大分子多元醇和扩链剂而制备反应材料。
4.根据权利要求1的生产热塑性聚氨酯的方法,其中首先混合多异氰酸酯和大分子多元醇,和然后在获得的混合物中共混扩链剂而制备反应材料。
5.根据权利要求4的生产热塑性聚氨酯的方法,其中在多异氰酸酯和大分子多元醇混合之后,由高速搅拌器混合获得的混合物和扩链剂。
6.根据权利要求4的生产热塑性聚氨酯的方法,其中在多异氰酸酯和大分子多元醇混合之后,通过如下方式允许获得的混合物反应:使混合物通过静态混合器和然后从连接到静态混合器的供应管线以结合在一起的方式,在混合物中共混扩链剂。
7.根据权利要求1的生产热塑性聚氨酯的方法,其中静态混合器与反应材料的接触部分由基本非金属物质的材料形成。
8.一种生产热塑性聚氨酯的装置,该装置包括用于混合至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合机构,用于在由混合机构混合的至少多异氰酸酯和大分子多元醇的混合物中共混扩链剂的扩链剂共混机构,和用于允许在混合物中共混的扩链剂的反应材料反应的静态混合器,其中静态混合器包括多个串联连接的静态混合器,每个混合器能够独立地进行静态混合器内部的温度控制。
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