胡孝勇1,2,陈薇1,郭祀远2,陈焕钦2
(1.广西工学院生物与化学工程系,广西柳州 545006; 2.华南理工大学轻工技术与工程学科博士后流动站,广东广州 510640)
摘要:合成完聚氨酯固化剂后,采用MD-S80短程蒸馏设备两级蒸馏聚氨酯固化剂分离TDI,研究了蒸馏温度、蒸馏压力、刮板转速、进料速率等条件对分离TDI的影响,结果显示提高蒸馏温度、刮板转速,降低蒸馏压力、进料速率都有利于分离TDI。针对聚氨酯固化剂物性数据不足的现状推导出半经验的传质模型公式,该公式对分离高粘度、需分离量不大、物性数据缺乏的体系具有较大的应用价值。
关键词:短程蒸馏;分离;甲苯二异氰酸酯;传质;模型
中图分类号:TQ028.3+1 文献标识码:A 文章编号:0258-3283(2008)09-0695-04
双组分聚氨酯涂料由于其原料来源广、性能 优良、适用面广而成为聚氨酯漆中产量最大的品 种,该类涂料一般由含有多个端异氰酸酯基 (NCO)的固化剂和含端羟基(OH)的树脂组成。在制备固化剂时,多异氰酸酯单体需过量,所以在 产物中残留了剧毒的多异氰酸酯。固化剂中含有 —NHCOO—,虽然反应活性不高,但在高温或者有催化剂存在的条件下还可以和体系中的—NCO 继续反应生成脲,这样的副反应会使固化剂粘度增大甚至凝胶。多异氰酸酯的沸点一般较高,所 以采用一般的蒸馏方法很难将未反应的多异氰酸酯分离出来。分子蒸馏过程中,待分离物质组分可在远低于常压沸点的温度下挥发分离,并且各组分的受热时间很短,特别适合于分离高沸点、粘度大、热敏性及易氧化的物质。因此,采用薄膜蒸 发分离聚氨酯固化剂中游离多异氰酸酯是最经济有效的。在我国,以甲苯二异氰酸酯(TDI)和三羟甲基丙烷(TMP)合成的TDI-TMP型的固化剂产量最大,所以分离该型固化剂中的游离TDI,使游离TDI的含量降低到0·5%以下,一直是我国涂料工 业界研究的热点,国内外鲜有文章发表[1,2]。该课题曾列为原化工部“七五”、“八五”攻关项目,但因难度大,攻关研究都以失败告终。对于蒸馏 TDI-TMP体系,各种物性数据极其缺乏,蒸馏条件 需要摸索,但固化剂很容易堵塞设备,堵塞后很难疏通,这样就加大了该课题研究的难度。我们围绕解决分离TDI的问题进行了大量研究工作,成 功地完成了该课题的实验室研究、中试研究和中试之后的进一步放大。
1 实验部分
1·1 主要仪器与试剂
Auto System XL Gas Chromatograph气相色谱仪 (美国Perkin-Elmer公司);MD-S80短程蒸馏设备 (广州汉维冷气机电设备有限公司)。
甲苯二异氰酸酯(TDI-80/20),工业级,日本 三井,直接使用;三羟甲基丙烷(TMP),工业级,中 国石油吉化集团,脱水后使用;乙酸丁酯,工业级, 广州珠江化工集团公司,直接使用;两级蒸馏聚氨 酯固化剂。
1·2 固化剂合成与TDI含量测定
将固体含量设定在55%左右,TDI与TMP质量比为4·5∶1,合成400 g固化剂进行加料。将干燥好的反应四口烧瓶、等压滴液漏斗、搅拌桨、回流冷凝器连接好,反应烧瓶用油浴锅加热,油浴锅中油的起始温度为30℃,加入称量好的TDI和乙酸丁酯,开动搅拌。加入TMP,升温至60℃,反应自动进行1 h,然后升温至80℃反应1 h,升温至 100℃反应1 h,然后进入分子蒸馏设备中进行分离。
分离TDI,第一级主要分离乙酸丁酯,第二级 分离TDI。第一次蒸馏时,高位槽的进料速率控制在1·0 kg/h,进料温度控制在100℃,绝压控制 在5 000 Pa,两次蒸馏刮板转速均固定在150 r/min,蒸发面温度控制在150℃,将蒸余物在100℃保温,待一次蒸馏完成后,将蒸发面升温到指定的温度,将蒸余物加入高位槽进行二次蒸馏。