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，對人體傷害極大，因此，必須降低游離TDI的含量。我國有關規定明確提出，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，發達國家常用的分離工藝是薄膜蒸發法，該方法成本低，是單體分離的最佳選擇，在國內也得到了廣泛應用。分子蒸餾法采用的是不同物質分子運動自由程的差別原理實現物質的分離，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的MD-S80內冷式分子蒸餾設備。該設備有一個壓力平衡系統，可以根據實際情況隨意調節壓力，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，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量分數為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生故障，所以蒸餾溫度不得低于110 ℃。蒸發溫度顯示的是蒸發面的溫度，而物料的溫度因溶劑蒸發帶走部分熱量而低于蒸發面溫度，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，根據蒸餾設備、分離工藝等來優化蒸餾溫度范圍。

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。

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，當第二次進料速度越低時，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。通過實驗可以發現，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