Sản xuất prepolyme
 

 TÀI LIỆU CAO SU TỪ THƯ VIỆN PHÒNG THỬ NGHIỆM CAO SU vLAB

NDI:

 

1,5 – naphthalen diisocyanat

TDI:

 

toluen diisocyanat

 

MDI:

 

4,4 – diphenylmethan diisocyanat

 

PPG:

 

polypropylen glycol

 

BDO:

 

1,4 butan diol

Prepolymers

Prepolyme

1.

 

Commercial Preparation of Prepolymers

Sản xuất thương mại prepolyme

Hepburn (1982) gives two main routes for the preparation of polyurethanes based on the relative activities of the various ingredients:

Hepburn (1982) đưa ra hai quy trình chính để sản xuất polyurethane dựa trên các hoạt động có liên quan của các thành phần khác nhau:

–

 

Prepolymers

–

 

Prepolyme

·

 

Unstable prepolymers

·

 

Prepolyme không ổn định

·

 

Stable prepolymers

·

 

Prepolyme ổn định

·

 

Chain extension/cross-linking to complete production of polyurethane

·

 

Kéo dài mạch/ liên kết ngang để hoàn thành quá trình sản xuất polyurethane

–

 

One-Shot Systems

–

 

Các hệ phản ứng một giai đoạn

Unstable Prepolymers

Các prepolyme không ổn định

The unstable prepolymers are typified by the Bayer Vulkalon polyurethane.

Các prepolyme không ổn định có điển hình là loại polyurethane Bayer Vulkalon.

Vulkalon is generally made by reacting naphthalene diisocyanate (NDI) and hydroxyl terminated polyesters to form a prepolymer.

Vulkalon thường được tạo thành bằng phản ứng của naphthalen diisocyanat (NDI) với các polyeste có nhóm hydroxyl ở cuối mạch để hình thành một prepolyme.

The reactivity of the prepolymer is such that it must be chain extended with a diol or water within a time span of 1 to 2 hours.

Khả năng phản ứng của prepolyme cho phép nó kéo dài mạch với một diol hoặc nước trong khoảng thời gian ngắn từ 1 tới 2 giờ.

After this time period, the prepolymer will react with itself to form an unsatisfactory product.

Sau khoảng thời gian này, prepolyme sẽ phản ứng với chính nó hình thành một sản phẩm không mong muốn.

The best physical properties are obtained with polyethylene adipate as the backbone.

Những tính chất vật lý tốt nhất sẽ đạt được khi polyethylene adipate được dùng làm mạch chính.

After the manufacture of the prepolymer with the polyethylene adipate and NDI, the polyurethane was completed with the addition of BDO.

Sau khi sản xuất prepolyme với polyethylene adipate và NDI, polyurethan được hoàn thiện bằng cách cho thêm vào BDO.

The use of diamines gave too fast a reaction for successful processing.

Sử dụng các amin hai chức sẽ làm cho vận tốc phản ứng quá nhanh để gia công.

Water and glycols also were used for cross-linking.

Nước và các glycol cũng được sử dụng để tạo liên kết ngang.

Glycols do not give the CO2 gas the water chain extension does.

Glycol không tạo ra khí CO2

 

như quá trình kéo dài mạch bằng nước.

To improve the low temperature properties, a different backbone needs to be used.

Để cải thiện các tính chất ở nhiệt độ thấp, một mạch chính khác cần được sử dụng.

A mixture of polyethylene and polypropylene adipates has been found to be suitable.

Một hỗn hợp của các adipat polyetylen và polypropylen được nhận thấy là thích hợp.

The physical properties are not as good as with the single polyol.

Những tính chất vật lý thì không tốt như việc sự dụng một mình polyol.

Stable Prepolymers

Các prepolyme ổn định

Following the early developments using NDI, it was found that by using TDI instead, a far more stable prepolymer could be made.

Tiếp theo những phát triển ban đầu sử dụng NDI, người ta nhận thấy rằng bằng cách sử dụng TDI sẽ tạo nên một prepolyme ổn định hơn.

Stable prepolymers are normally made using either polyesters or polyethers that have been reacted with a slight excess of a diisocyanate such as toluene diisocyanate (TDI) or methylene diisocyanate (MDI).

Những prepolyme ổn định thường được tạo thành bằng cách dùng polyeste hoặc polyete phản ứng với một lượng dư diisocyanat như toluen diisocyanat (TDI) hoặc metylen diisocyanat (MDI).

Provided the storage is moisture free, the stable prepolymer may be kept for months before use.

Nếu quá trình tồn trữ không có ẩm thì prepolyme ổn định có thể giữ được vài tháng trước khi sử dụng.

The polyurethane is prepared by chain extension with diols or diamines.

Polyurethane được tạo thành bằng quá trình kéo dài mạch với các diol hoặc amin hai chức.

The starting point is to react two moles of the diisocyanate with one mole of the polyol (see Figure 1).

Đầu tiên là phản ứng của 2 mole diisocyanat với 1 mole polyol (xem hình 1).

Hình 1

The ratios of the two ingredients can be varied to change the overall properties.

Tỉ lệ của 2 thành phần có thể được thay đổi để làm thay đổi các tính chất chung của sản phẩm.

The chemical reaction proceeds with the terminal isocyanate of the initial prepolymer reacting with the available hydroxyl groups of the diol.

Phản ứng hóa học tiếp đến xảy ra giữa prepolyme ban đầu có nhóm isocyanat ở cuối mạch với các nhóm hydroxyl của diol.

This is illustrated in Figure 2.

Phản ứng được minh họa ở hình 2.

Hình 2

When the diisocyanate and polyol are being reacted together, the diisocyanate is kept in excess as long as possible.

Khi diisocyanat và polyol phản ứng với nhau, lượng diisocyanat được dùng dư càng lâu càng tốt.

The overall conditions are kept slightly acidic to reduce side reactions taking place.

Điều kiện phản ứng được giữ có tính axit một chút để giảm các phản ứng phụ xảy ra.

The acidity is a must when there is more polyol than diisocyanate present.

Tính axit là bắt buộc khi polyol hiện diện nhiều hơn diisocyanat.

The older-style PPG polyols may contain traces of potassium hydroxide (KOH).

Các polyol PPG loại cũ hơn có thể chứa một lượng nhỏ kali hydroxyt (KOH).

The KOH is a very active alkaline.

KOH là một loại kiềm rất hoạt động.

Even small traces have a strong effect.

Thậm chí một lượng nhỏ cũng có tác động lớn.

The most reactive isocyanate group (-NCO) in the structure will react with the hydroxyl (-OH) group first.

Nhóm isocyanat (-NCO) có hoạt tính cao nhất trong cấu trúc sẽ phản ứng với nhóm hydroxyl (-OH) trước.

The reaction will tend to favor the most reactive site.

Phản ứng có khuynh hướng xảy ra ở vị trí có khả năng phản ứng cao nhất.

The reaction is allowed to proceed until almost all the diisocyanate is used up.

Phản ứng sẽ tiếp tục diễn ra cho tới khi hầu hết tất cả diisocyanat phản ứng hết.

The reaction is stopped before the viscosity increases too much.

Phản ứng được dừng lại trước khi độ nhớt tăng lên quá nhiều.

The temperature and speed of the reactions are such that catalysts are normally not used in these reactions.

Nhiệt độ và vận tốc của những phản ứng này sao cho xúc tác không được dùng trong những phản ứng này.

The reaction rates at the various positions on the ring vary greatly.

Vận tốc phản ứng ở những vị trí khác nhau trên vòng sẽ khác nhau rất nhiều.

For example, with TDI, the relative rates are shown in Figure 3.

Ví dụ như đối với TDI, các tốc độ phản ứng tương đối được thể hiện ở hình 3.

Hình 3

The reactions are exothermic,so the rate of addition must be controlled to prevent side reaction.

Những phản ứng này tỏa nhiệt, vì vậy tốc độ thêm nguyên liệu vào phải được điều khiển để tránh các phản ứng phụ.

Early work published in Saunders and Frisch, Volume II (Saunders 1962) shows how various properties change different diisocyanate-to polyol ratios.

Những nghiên cứu ban đầu của Saunders và Frisch, tập 2 (Saunders 1962) chứng tỏ rằng những tính chất sẽ thay đổi như thế nào nếu tỷ số diisocyanat trên polyol thay đổi.

As the NCO/OH ratio increases from 2 to 2.75, the main physical properties of tensile strength, modulus, tear strength, and hardness increase.

Khi tỷ số NCO/OH tăng từ 2 tới 2.75, những tính chất vật lý chính như độ bền xé, modun, độ bền xé và độ cứng tăng.

Other positive improvements are compression set and resilience.

Những cải thiện có lợi khác là độ chịu ép nén và độ tưng nảy.

The pot life and Taber abrasion properties of the final polyurethane decrease as the ratio increases.

Thời gian sống và những tính chất mài mòn của polyurethane cuối cùng sẽ giảm khi tỷ số tăng lên.

2. One-Shot System

2. Hệ phản ứng một giai đoạn

Single Step

Một bước

In the single-step system, the entire reaction takes place when all three basic components plus catalysts and pigments are mixed together.

Trong hệ thống phản ứng một giai đoạn, phản ứng xảy ra khi tất cả 3 thành phần cơ bản cộng với chất xúc tác và chất màu được trộn lẫn với nhau.

Careful use of catalysts enables the preparation of the prepolymer and the subsequent chain extension to take place in one step.

Sử dụng xúc tác cẩn thận sẽ làm cho sự tạo thành prepolyme và sự kéo dài mạch sau đó xảy ra trong một giai đoạn.

As all the reactions are exothermic, heat is liberated and must be removed; otherwise, part distortion will take place.

Vì tất cả phản ứng là tỏa nhiệt, nhiệt được giải phóng phải được lấy ra bên ngoài, nếu không sẽ xảy ra sự biến dạng từng phần sản phẩm.

The commercial use of this system requires the careful metering and temperature control of the various streams.

Việc sử dụng thương mại của những hệ thống này đòi hỏi phải đo đạc và điều khiển nhiệt độ của các dòng nguyên liệu khác nhau cẩn thận.

As a result of the heat liberated, this system is best suited to long runs of thin wall products.

Vì phải giải phóng nhiệt phản ứng, hệ thống này thích hợp nhất để sản xuất các sản phẩm mỏng.

The systems may be either a three-dimensional network based on covalent bonding or linear extended chains bonding through hydrogen bonds.

Những hệ phản ứng có thể là mạng lưới không gian ba chiều dựa trên liên kết cộng hóa trị hoặc các mạch được kéo dài không phân nhánh kết nối với nhau qua những liên kết hydro.

Quasiprepolymers

Quasiprepolyme

The high exotherm and the number of feeds have led to the popularity of the quasiprepolymer variation of the one-shot technique.

Tính tỏa nhiệt cao và nhiều nguyên liệu đã dẫn đến tính phổ biến của quasiprepolyme một dạng của kỹ thuật một giai đoạn (one-shot).

Quasiprepolymers are a version of the standard prepolymer method, where some of the polyol is reacted with an excess of diisocyanate.

Quasiprepolyme là một phương pháp tạo prepolyme chuẩn, trong đó một vài polyol phản ứng với một lượng dư diisocyanat.

This is later reacted with the remainder of the polyols, including the chain extender and some catalysts.

Sau đó phản ứng với phần polyol còn sót lại, bao gồm cả chất kéo dài mạch và một vài chất xúc tác.

The advantage of this scheme is that the exotherm is spread between the preparation of the quasiprepolymer and the final cured part.

Ưu điểm của sơ đồ này là nhiệt tỏa ra được chia làm hai giai đoạn: tạo thành quasiprepolyme và kết mạng sản phẩm cuối cùng.

In MDI systems, BDO is often used as the curative.

Trong các hệ MDI, BDO thường được sử dụng làm chất kết mạng.

As the molecular weight of BDOs is low, the amount added is low.

Vì khối lượng phân tử của các BOD thấp nên lượng được thêm vào sẽ ít.

By dissolving it in the polyol, a more even mix ratio can be obtained.

Bằng cách hòa tan nó trong polyol, có thể đạt được một tỷ số hòa trộn đều hơn.

The polyol, the chain extender, and any catalysts are mixed and stored as a separate item.

Polyol, chất kéo dài mạch và bất kỳ chất xúc tác nào sẽ được trộn lẫn và bảo quản như là một phần riêng biệt.

The second item, the diisocyanate prepolymer, is kept as a “B” part until the material is ready for use.

Phần thứ hai, prepolyme diisocyanat sẽ được giữ như là phần B cho tới khi nguyên liệu sẵn sàng sử dụng.

When the two parts are mixed, the chain extension and cross-linking take place simultaneously.

Khi hai phần được trộn lẫn, quá trình kéo dài mạch và quá trình liên kết ngang xảy ra đồng thời.

Methylene diisocyanate and a catalyst such as an organic tin or bismuth salt provide therequired rate of reaction.

Metylen diisocyanat và một xúc tác như thiếc hữu cơ hoặc muối bimut sẽ tạo nên vận tốc phản ứng yêu cầu.

The size of the exotherm is such that the reaction proceeds to its full extent.

Lượng nhiệt tỏa ra cho biết cho phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Nguồn tài liệu:

 

Castable Polyurethane Elastomer – 2008 (trang 24 – 28)

 

Tác giả:

 

Ian Clemitson

 

Nhà xuất bản:

 

CRC Press

 

Người dịch đề nghị:

 

Nhóm p – phòng thử nghiệm cao su vLAB thuộc cty Cao su Việt

Hỗ trợ

 

: Quốc Anh, Cao su Đức Minh.