分子蒸餾設備分離聚氨酯預聚物中游離TDI思路

莫琳琳

摘 要：常見的聚氨酯預聚物中游離TDI的分離方法主要有化學反應法、薄膜蒸發(fā)法、萃取法和分子蒸餾法等。以分子蒸餾法為例，簡單介紹分離工藝，并探討影響游離TDI分離效果的因素。

關鍵詞：分子蒸餾；游離TDI；聚氨酯預聚物；分離工藝

中圖分類號：TQ317 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）05-0046-02

聚氨酯預聚物是常見的固化劑，在發(fā)泡材料、涂料、彈性體中被廣泛應用。它是由二異氰酸酯與含有活潑氫的化合物反應生成的，其中，殘留的游離TDI屬于劇毒物質(zhì)，對人體傷害極大，因此，必須降低游離TDI的含量。我國有關規(guī)定明確提出，溶劑型木器涂料中的游離TDI含量必須低于0.7%，所以，在制備聚氨酯預聚物時必須重視降低游離TDI含量。目前，發(fā)達國家常用的分離工藝是薄膜蒸發(fā)法，該方法成本低，是單體分離的最佳選擇，在國內(nèi)也得到了廣泛應用。分子蒸餾法采用的是不同物質(zhì)分子運動自由程的差別原理實現(xiàn)物質(zhì)的分離，不需要在沸點下就能完成分離操作，且操作條件簡單。

1 分子蒸餾分離工藝

1.1 實驗設備、儀器、材料

采用廣州漢維冷氣機電有限公司生產(chǎn)的MD-S80內(nèi)冷式分子蒸餾設備。該設備有一個壓力平衡系統(tǒng)，可以根據(jù)實際情況隨意調(diào)節(jié)壓力，空載絕壓小于0.1 MPa。另外，還有液相色譜儀、自制閃蒸設備和自制聚氨酯預聚物，聚氨酯預聚物中的游離TDI含量為11%.

1.2 分離工藝

將聚氨酯預聚物放在自制閃蒸設備上，加熱到150 ℃閃蒸脫溶劑，脫除掉大部分溶劑的物料進入高位槽，在高位槽中，保持物料在100 ℃左右，再采用分子蒸餾設備進行兩次高真空薄膜蒸發(fā)，使游離TDI脫離出去。第一次蒸餾后的冷凝溫度為0 ℃，第二次采用13 ℃的冷凝溫度，并用分析純醋酸丁酯將蒸余物稀釋到質(zhì)量分數(shù)為75%，然后將其送樣分析。

2 實驗結果與討論

2.1 蒸餾溫度對分離游離TDI的影響

類似聚氨酯預聚物這樣的固化劑沒有蒸氣壓，因而蒸餾溫度越高，分離效果就越好，但如果蒸餾溫度過高，固化劑也有可能在分子蒸餾設備中被固化，所以，必須確定最佳蒸餾溫度的范圍。第一次蒸餾時，進料速度為0.8 kg/h，進料溫度為100 ℃，絕壓控制在400 Pa，刮板轉速為150 r/min，使蒸餾溫度在110～160 ℃之間變化。

圖1為固化劑中的游離TDI含量與蒸餾溫度的變化示意圖，從圖中可以看出，隨著溫度的增高，固化劑中殘留的游離TDI含量逐漸減少。當溫度低于110 ℃時，溶劑蒸發(fā)帶走大量的熱量，致使固化劑的黏性迅速提高，導致物料難以順利流出來，甚至可能導致設備發(fā)生故障，所以蒸餾溫度不得低于110 ℃。蒸發(fā)溫度顯示的是蒸發(fā)面的溫度，而物料的溫度因溶劑蒸發(fā)帶走部分熱量而低于蒸發(fā)面溫度，不同位置的物料溫度不一致，無法一一對照測量。當蒸發(fā)面溫度為160 ℃時，物料能順利流出來，但降溫到100 ℃后，物料的黏度比150 ℃蒸餾溫度下的物料黏度要大一些，這說明蒸餾溫度不宜過高，不得超過160 ℃；但也不是絕對的，如果蒸餾時間非常短，可以適當提高蒸餾溫度。李紹雄等人編著的《聚氨酯膠黏劑》一書中曾提到，采用200 ℃的蒸餾溫度進行分子蒸餾分離，最后得出的物料中游離TDI含量低于0.5%. 所以說，蒸餾溫度大小還應具體情況具體分析，根據(jù)蒸餾設備、分離工藝等來優(yōu)化蒸餾溫度范圍。

圖1 游離TDI含量與蒸餾溫度的變化示意圖

第二次蒸餾時，進料溫度、進料速度、刮板轉速等均與第一次相同，使蒸餾溫度控制在120～160 ℃之間。通過實驗可知，隨著蒸餾溫度的增加，固化劑中的游離TDI含量逐漸降低，從150～160 ℃，TDI含量變化趨于平緩。

2.2 進料溫度對游離TDI分離的影響

運用分子蒸餾設備分離聚氨酯預聚物中的游離TDI可以縮短受熱時間。經(jīng)過溶劑脫除的預聚物在高位槽中等待的時間較長，所以進料溫度不宜過高，如果超過110 ℃，隨著時間的推移，交聯(lián)副反應會逐漸增多；如果進料溫度低于95 ℃，預聚物的流動性變差，無法順利流入分子蒸餾設備，因此，應將進料溫度控制在95～105 ℃的范圍內(nèi)。

2.3 進料速度對分離TDI的影響

兩次蒸餾溫度、蒸餾絕壓、刮板轉速和進料溫度都相同，依次為150 ℃、15 Pa、150 r/min和100 ℃，而第一次蒸餾進料速度為0.8 kg/h；第二次進行三次對比試驗，蒸餾進料速度分別為0.8 kg/h、0.6 kg/h、0.4 kg/h。結果表明，當?shù)诙芜M料速度越低時，TDI分離效果就越好，但變化幅度不大。進料量大表示液膜較厚，這樣使得其表面更新較慢，其中的TDI就不容易進入到表面；如果一旦進入表面，就能迅速分離出去。

2.4 刮板轉速對分離TDI的影響

將第一次的蒸餾絕壓控制為400 Pa，第二次的控制在15 Pa，兩次進料速度均為0.8 kg/h，蒸餾溫度均為150 ℃，進料溫度為100 ℃，然后將刮板轉速控制在80～250 r/min。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，隨著刮板轉速的提高，預聚物中的TDI含量逐漸降低。

3 結束語

采用分子設備進行聚氨酯預聚物中游離TDI分離時，蒸餾溫度、蒸餾絕壓、進料速度、進料溫度和刮板速度等都會影響到TDI分離效果。本文簡單介紹了MD-S80內(nèi)冷式蒸餾設備上的聚氨酯預聚物中游離TDI的分離影響因素，研究結果表明，蒸餾溫度在150 ℃、二次進料溫度為100 ℃、刮板轉速為150 r/min、進料速度為0.8 kg/h時，游離TDI的分離效果較好。

參考文獻

[1]胡孝勇.聚氨酯無毒固化劑研究[D].廣州：華南理工大學，

The Ideas of Molecular Distillation Equipment Separation of Free TDI Polyurethane Prepolymer

Mo Linlin

Abstract： Common TDI polyurethane prepolymer free of chemical separation methods are reaction method， a thin film evaporator， extraction and molecular distillation method. Molecular distillation， for example， a brief separation process， and to explore the factors that influence the effect of the separation of free TDI.

Key words： molecular distillation； free TDI； polyurethane prepolymer； separation process