tpu晶点的影响因素和解决办法:
1. 原料品质
tpu一般是由聚酯或聚醚多元醇、二异氰酸酯及小分子二醇扩链剂反应而成。由聚酯二醇或聚醚二醇与二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯( mdi) 和扩链剂1,4-丁二醇( bdo) 合成tpu 时,在一定的温度、微量水分或微量金属杂质或其他杂质存在下,可能产生脲、脲基甲酸酯及缩二脲等交联键的副反应。
助剂的影响也不可忽视,如果是添加在聚酯或聚醚多元醇内的助剂,需要考量其与聚酯或聚醚多元醇的相溶性或熔点。
所有助剂都要考量其耐高温性和分解温度,要求在tpu 加工温度高达200 ~ 220 ℃条件下不会分解碳化而形成杂质晶点。
2. 工艺方法
在tpu合成生产过程中,制程控制对产品稳定性和制品晶点尤为重要,主要包括对原料流量稳定性的控制、熔融指数( mi 值) 现场检测控制、原料反应活性控制等等,此为事前控制。
事后控制就是tpu加工方法,包括设备内部的清理、加工温度和螺杆速度的调节、滤网目数、润滑效果等控制点,有的需要另外添加润滑剂以改善表面效果和流动性。
r值是指原料中的nco与oh的摩尔比。在制备tpu 时,nco/oh 比率对控制tpu 相对分子质量起重要作用。
mi是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值,是美国材料与试验协会(astm)根据美国杜邦公司惯用的鉴定塑料特性的方法制定,其测试方法是先让塑料粒在一定时间(10min) 内、一定温度及压力下,融化成塑料流体,然后通过一直径为2.1mm 圆管所流出的克数(g)。其值越大,表示该塑胶材料的加工流动性越佳,反之则越差。
tpu对加工温度也非常敏感,tpu的熔融温度tm存在两种,即硬段相的tmh和软段相的tms。通常说的tpu熔点就是tmh。tmh主要取决于tpu的硬段含量和相对分子质量。
tpu的r值与mi值存在一定的相关性,实验以聚酯多元醇pba2000、mdi、bdo 为原料,设计硬段质量分数31.0%~33.0%,合成了tpu80a; 另以聚酯多元醇pba1000、mdi、bdo为原料,设计硬段质量分数48.0% ~ 50.0%,合成了tpu95a。
在r 1.015 后,随着r值升高,mi值略有上升。r= 1.015 时,mi 达到值,这时候理论上tpu相对分子大,熔融流动性最慢。
r值和mi值对晶点的影响实验表明,不同r值( 或不同mi值)混合加工会影响tpu 薄膜制品的晶点。本实验以聚酯多元醇( pba-1000) 、mdi、bdo 为原料,制备不同r值及对应mi值的tpu( 95a) 产品。
可以看出,r值过低或过高、mi值过大或过小,单位面积上的薄膜晶点数相对较多。这是因为聚合度差异导致相对分子质量分布宽,受熔融温度差异影响,高相对分子质量的tpu不易熔融而形成晶点。
所以,透明薄膜级tpu 的r值一般选择0.985 ~ 1.010之间。另外,tpu生产制程控制上还有一个重要的控制点,就是3组分流量的控制,因为流量的差异会直接导致r值和mi值的差异。为了验证不同mi产品混合对晶点的影响,本实验将上述不同编号的tpu95a粒子分别两两组合进行了挤出评价。
可以看出,mi 值差异≥10、以及r1产品混合时要非常慎重,可能带来晶点问题。
3. 机器设备
在tpu 合成生产过程中,灌注机是用于输送原料和控制原料流量精度的关键设备,一般要求计量精度在0. 2%以内。
双螺杆挤出机是tpu连续反应一种较为理想的反应装置,该方法目前已成为tpu 的主流生产工艺。
tpu它具有许多优点: 在高温高压下进行反应,温度约140~250 ℃,压力4~7mpa,可确保副反应降到限度,高压可基本上抑制产生气体的副反应,产品质量稳定; 在双螺杆里可达到2000 s-1以上的速度梯度,捏合次数可达7 ~ 15 次/s,这样可防止反应物粘附在轴杆和筒壁上、因停留时间过长而产生不均匀。双螺杆连续反应法生产的tpu质量高,这是间歇法无法相比的。
同向双螺杆挤出机是连续法tpu反应中核心设备,其螺杆元件的组合对反应速度和程度至关重要,螺杆元件的排列要充分考虑分散混合和分布混合,运用好输送元件、啮合盘元件和混合元件。
干燥设备不仅仅是用来干燥tpu 以降低含水率,而且还能辅助tpu 的再熟化。tpu 干燥后含水率控制在0.03%以内。
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