聚氨酯的生产工艺及发展前景探讨

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1、 编号 9 山东化工职业学院山东化工职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 系 别： 化学工程系化学工程系 专 业：有机化工生产技术有机化工生产技术 班 级： 2010 级级 3 班班 姓 名： 柳柳 东东 阳阳 学 号： 9 指导老师： 李李 河河 清清 设计时间：设计时间：20122013 学年学年 第一学期第一学期 完成日期：完成日期：2012 年年 12 月月 20 日日 山山 东东 化化 工工 职职 业业 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 评评 定定 表表 专业有机化工生产技术姓名柳东阳周数 10 班级2010 级 3 班 学号9 课题 名称 聚氨酯的生产工艺及发展前景探讨 指

2、 导 教 师 评 语 签名： 年 月 日 系 意 见盖章 年 月 日 成 绩 备注 山东化工职业学院山东化工职业学院 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专专 业：业： 有机化工生产技术有机化工生产技术 班班 级：级： 20102010 级级 3 3 班班 设设 计计 者：者： 柳东阳柳东阳 合合 作作 者：者： 无无 指导教师：指导教师： 李河清李河清 课课 题题 名名 称：称： 聚氨酯的生产工艺及发展前景探讨 发题时间：发题时间：20122012 年年 0909 月月 2020 日日 完成时间：完成时间：20122012 年年 1212 月月 2020 日日 系主任签字：系主任签字：

3、 目录 1.1.前言前言.2 2.2.物化性质物化性质.3 2.1 物理性质3 2.2 理化性质3 3.3.生产方法生产方法.5 3.1 光气法5 3.2 非光气法6 4.4.聚氨酯的应用聚氨酯的应用.10 4.1 聚氨酯的分类10 4.2 聚氨酯的应用12 5.5.聚氨酯的发展聚氨酯的发展.16 5.1 全球聚氨酯发展现状与趋势16 5.2 我国聚氨酯的发展现状与趋势20 5.3 影响我国聚氨酯快速发展的因数22 5.4 我国聚氨酯的发展机遇23 5.5 面临的挑战25 6.6.发展预测发展预测.25 7.7.结论结论.27 参考文献：参考文献：.28 致谢致谢.29 山东化工职业学院 20

4、13 届毕业论文 1 聚氨酯的生产工艺及发展前景探讨 摘摘 要要 聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，英文名称是 Polyurethane，是一种新兴的有机高 分子材料，被誉为“第五大塑料” ，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。 应用领域涉及建筑、汽车、轻工、纺织、石化、冶金、电子、国防、医疗、机 械。 随着国际化、全球化程度的加深和中国这一全球最大聚氨酯市场的进一步显现， 众多的国际聚氨酯企业集团在我国实现本土化的进程加快，同时国内企业也开始迈出 国门，未来五年我国聚氨酯工业仍处于快速增长期。 关键词关键词: : 4,4-二苯甲烷二异氰酸酯，聚氨酯，性质，生产方法，应用，发展 1.1.前

5、言前言 聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，是一种产品形态多样的多用途合成树脂。聚氨酯 材料是目前国际上性能最好的保温材料。主链含NHCOO重复结构单元的一类聚合物 。英文缩写PU。20世纪70年代，德国Otto Bayer 首先合成了PU。在1950年前后，PU作 为纺织整理剂在欧洲出现，但大多为溶剂型产品用于干式涂层整理。20世纪60年代， 由于人们环保意识的增强和政府环保法规的出台，水系PU涂层应运而生。70年代以后， 水系PU涂层迅速发展，PU涂层织物已广泛应用。80年代以来，PU的研究和应用技术出 现了突破性进展。与国外相比，国内关于PU纺织品整理剂的研究较晚。 目前，世界聚氨酯每年的总需求

6、量为700多万吨，其中美国约250万吨，欧洲约220 万吨，亚太地区约200万吨。据聚氨酯工业联合会分析，北美（美国和加拿大）2000年 聚氨酯需求量比上年增长4.6，美国为250万吨，加拿大为24.8万吨，墨西哥为126万 吨。其中，弹性聚氨酯泡沫占聚氨酯需求量40，其余为：硬性聚氨酯泡沫占 26.5，涂料占9.6，弹性体占4。 目前全球聚氨酯泡沫塑料的需求年均增长率一直保持在7左右。其中南亚地区的 增长速度还高于此数。美国和欧洲聚氨酯泡沫塑料均以软泡为主，分别占60和 57，硬泡则分别占40和43。2005年，世界聚氨酯泡沫的总需求量将超过1000万 吨，亚太地区聚氨酯工业将与欧美成三足鼎

7、立之势，中国和日本在这一地区的产量和 需求量最大。美国的软泡聚氨酯应用以家具业为主，占40；其次是运输业，占 23。美国硬泡聚氨酯在建筑业的的应用占55，制冷设备占17.6，工业绝热设备 占9.6，包装和运输业分别占7.6和5.2。另外，聚异氰脲酸酯泡沫塑料具有较好 的阻燃性能，在建筑业得到广泛应用。 由于全球聚氨酯需求快速增长，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)原料世界需求以6%/ 年增速增长，中国市场需求更是以两位数增幅继续增长，所以许多生产商纷纷在中国 增加生产能力来扩大市场份额。多数分析师认同2008年之前中国市场需求将继续维持 强势，有人分析指出，2008年将是MDI需求的分水岭，由于2

8、008年北京奥运会的推动作 用，中国建筑市场需求将成为MDI需求的主要动力，但2008年过后需求可能出现减速。 另外，随着中国劳工成本不断升高，汽车和制鞋业生产成本也会随之升高，势必影响 聚氨酯需求增加。预计2008年以后中国MDI需求可能仍会以8 增速继续增长，也比大 多数发达国家需求增幅更高。 聚氨酯为世界六大具有发展前途的合成材料之一，目前，生产聚氨酯的异氰酸酯 原料主要是MDI、甲苯二异氰酸酯(TDI)，尽管MDI发展较晚，由于MDI体系熟化速度快， 可以几乎不用或完全不用熟化，因此模塑周期短，而且一般来说泡沫性能更好；MDI蒸 汽压比TDI低得多，且模塑温度也低(3052)，因此环境

9、污染少，设备投资小；用 MDI易于开发多样化的泡沫制产品，MDI基泡沫密度较高，且可通过改变组分比例制得 硬度范围很广的产品；另外随着MDI生产工艺的改进，将导致生产成本不断降低，加之 环保方面因素的影响，会导致MDI的需求不断增长1 2.2.物化性质物化性质 2.12.1 物理性质物理性质 主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物。英文缩写PU。由异氰酸酯(单体)与羟 基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性溶剂，具有良好的 耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围(- 50150)的材料，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水

10、解，亦不 耐碱性介质。 常用的单体如甲苯二异氰酸酯、二异氰酸酯二苯甲烷等。多元醇分3类：简单多元 醇(乙二醇、丙三醇等)；含末端羟基的聚酯低聚物，用来制备聚酯型聚氨酯；含末端 羟基的聚醚低聚物，用来制备聚醚型聚氨酯。聚合方法随材料性质而不同。合成弹性 体时先制备低分子量二元醇，再与过量芳族异氰酸酯反应，生成异氰酸酯为端基的预 山东化工职业学院 2013 届毕业论文 3 聚物，再同丁二醇扩链，得到热塑弹性体；若用芳族二胺扩链并进一步交联，得到浇 铸型弹性体。预聚物用肼或二元胺扩链，得到弹性纤维；异氰酸酯过量较多的预聚体 与催化剂、发泡剂混合，可直接得到硬质泡沫塑料。如将单体、聚醚、水、催化剂等

11、混合，一步反应即可得到软质泡沫塑料。单体与多元醇在溶液中反应，可得到涂料； 胶粘剂则以多异氰酸酯单体和低分子量聚酯或聚醚在使用时混合并进行反应。 聚氨酯弹性体用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆 和医用人工脏器等；软质泡沫体用于车辆、居室、服装的衬垫，硬质泡沫体用作隔热、 吸音、包装、绝缘以及低发泡合成木材，涂料用于高级车辆、家具、木和金属防护等。 2.22.2 理化性质理化性质 在大分子主链上含有-NHCOO-基团的重复结构单元的聚合物统称为聚氨基甲酸酯， 简称聚氨酯（PU）。它是由有机多异氰酸酯与聚醚型或聚酯型多元醇反应制得。人们 常见的聚氨酯塑料多以软、硬泡沫体的形

12、式出现。 2.2.12.2.1 硬质聚醚型聚氨酯泡沫塑料（硬质聚醚型聚氨酯泡沫塑料（RigidRigid PolyeTherPolyeTher PolyureThanePolyureThane Foams)Foams) 理化性质： 密度：0.040.06g/cm3，拉伸强度：0.147MPa，弯曲强度：0.196MPa，导热系数： 0.035W/(mK) 。 该制品最大特点是：可根据具体使用要求，通过改变原料的规格、品种和配方， 合成所需性能的产品。 该产品质轻（密度可调），比强度大，绝缘和隔音性能优越，电气性能佳，加工 工艺性好，耐化学药品， 吸水率低，亦可制得自熄性产品。 用途： 主要用于

13、冷库、冷罐、管道等部门作绝缘保温保冷材料，高层建筑、航空、汽车 等部门做结构材料 起保温隔音和轻量化的作用。超低密度的硬泡可做防震包装材料及船体夹层的填 充材料。 2.2.22.2.2 硬质聚酯型聚氨酯泡沫塑料（硬质聚酯型聚氨酯泡沫塑料（RigidRigid PolyesTerPolyesTer PolyureThanePolyureThane Foams)Foams) 理化性质 密度：0.0368 g/cm3，拉伸强度：0.414MPa，压缩强度（10% 处变形）： 0.323MPa，导热系数： 0.035W/(mK) 。该材料与聚醚型同一密度的硬泡相比，有较高的拉伸强度和较 好的耐油、耐溶

14、剂和耐氧化性能，但聚酯粘度大，操作较困难。 用途： 应用领域类似于硬质聚醚型聚氨酯泡沫塑料，当制品对强度、耐温性要求较高时， 用聚酯型硬泡较为合适。如雷达天线罩的夹层材料，飞机、船舶上的三层结构材料， 电器、仪表、设备的隔热材料和防震包装材料。 2.2.32.2.3 软质聚醚型聚氨酯泡沫塑料（软质聚醚型聚氨酯泡沫塑料（FlexibleFlexible PolyeTherPolyeTher PolyureThanePolyureThane FoamsFoams） 理化性质： 密度：0.030.07g/cm3，拉伸强度：8.83117kPa ，伸长率（%）：150300。 弯曲强度：0.196MP

15、a，导热系数：0.0340.041W/(mK)。熔点（）：170190。 不同密度的软泡沫塑料，其主要用途有些差别。 2.3.42.3.4 软质聚酯型聚氨酯泡沫塑料（软质聚酯型聚氨酯泡沫塑料（FlexibleFlexible PolyesTerPolyesTer PolyureThanePolyureThane FoamsFoams） 用途：主要用作服装、鞋帽衬里，垫肩和精密仪器的防震包装等。 3.3.生产方法生产方法 MDI(4，4-二苯甲烷二异氰酸酯)是一种重要的异氰酸酯产品，是聚氨酯(PU)产品 的主要原料。PU制品具有塑料和橡胶的双重优点，是目前世界上获得迅速发展的高分 子合成材料，广

16、泛用作建筑、汽车、船舶、制鞋、磁带、航空、电子、玻璃纤维、金 属等的粘合剂，是目前世界上发展迅速的高分子合成材料之一，是当今世界的朝阳产 业2。 目前MDI生产方法有光气法和非光气法两种。 3.13.1 光气法光气法 用苯胺与甲醛在酸性情况下进行缩合反应是国外生产MDI完全成熟的技术路线，反 应物用碱中和后进行蒸馏，得到二苯基甲烷二胺(MDA)。将MDA用溶剂溶解后，再进行 光气化反应制成多苯基多异氰酸酯4,4-MDI，2,2-MDI或混合PMDI，再进行蒸馏精制， 得纯MDI3。液相光气法是目前国内外生产的主要方法。 生产方法：将苯胺与甲醛在盐酸(或其它催化剂)存在下加热进行缩合反应，反应 山东化工职业学院 2013 届毕业论文 5 物用碱中和后进行蒸馏得到二苯基甲烷二胺(MDA)；将M