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慧正資訊：單組分聚氨酯防水涂料施工方便，性能優(yōu)良，是近年來最具有發(fā)展前途的防水涂料之一。但是單組分聚氨酯防水涂料的化學(xué)穩(wěn)定性也是制約其發(fā)展的重要因素，需要更多的了解生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工藝對涂料產(chǎn)品性能的影響，才能更好的保證產(chǎn)品質(zhì)量。
單組分聚氨酯防水涂料是含有端異氰酸酯(-NCO)的預(yù)聚體，是由含-NCO端異氰酸酯的預(yù)聚物與改性劑、顏料、助劑、填料組成的單組分液態(tài)的反應(yīng)型高分子涂料，成膜機理是涂料中的預(yù)聚體遇到空氣當(dāng)中的水分時發(fā)生反應(yīng)而固化成膜。
本文主要對單組分聚氨酯防水涂料的穩(wěn)定性影響因素進行研究和探討；了解影響因素，并創(chuàng)新使用新型結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜，改進其生產(chǎn)工藝，為保障單組分聚氨酯防水涂料的質(zhì)量及貯存穩(wěn)定性提供思路。
1、原材料
① 聚醚、氯化石蠟：一般情況不含水。
② 異氰酸酯(需要密閉貯存，避免接觸空氣中的濕氣)。
③ 顏填料：采用可塑性強、有較高耐酸性的高嶺土和耐酸堿、耐高溫、附著力強的絹云母粉。含水率一般1%～5%左右。
④ 助劑：采用納米TiO2、ZnO等無機粒子對聚氨酯防水涂料進行改性，不僅對紫外線屏蔽、吸收能力較強，而且其納米粒子對光催化特性將有害物質(zhì)氧化、降解，可以凈化環(huán)境中的有害物質(zhì)。含水率0.5%～2%左右。
2、傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝及設(shè)備
傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝：單組分聚氨酯防水涂料化學(xué)穩(wěn)定性是指涂料在貯存過程中預(yù)聚體的-NCO基團與可能存在的含活性O(shè)H的物質(zhì)(如水分)發(fā)生反應(yīng)，造成體系黏度增加、表面結(jié)皮，甚至凝膠固化。因此，對填料或其他原材料含水率的控制非常重要，一般要求原材料水分含量小于0.05%。在合成過程中，為了去除微量水分，一般需要提前加入適量異氰酸酯，消耗多余的微量水分，以免造成浪費。
傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程圖如圖1：
圖1
生產(chǎn)工藝主要有三步：配料混合→加熱脫水→聚合反應(yīng)。
① 加熱脫水溫度為關(guān)鍵工序，其脫水溫度一般控制在105～125℃之間，脫水時間約3～5h；
② 脫水達到規(guī)定指標(biāo)(0.05%以內(nèi))，然后在密閉、真空條件下對物料進行降溫；
③ 當(dāng)物料溫度降到75±3℃后，開始滴加異氰酸酯，物料溫度控制在82±2℃反應(yīng)3～5h，檢測NCO含量，符合指標(biāo)要求后降溫進行成品灌裝。
傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備：一般采用單一反應(yīng)釜完成所有工序，其結(jié)構(gòu)圖如圖2：
圖2
該生產(chǎn)工藝的問題：
① 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，脫水不充分、降溫包裝后開始做下一釜時，粘附在釜壁和攪拌槳上的材料與加入的含有水分的原材料反應(yīng)，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)暴聚(釜內(nèi)料全部快速凝固)；
② 生產(chǎn)周期長，每個工序都有等待時間(如脫水后的料溫120℃以上，需要降溫到70℃才能加異氰酸酯開始聚合反應(yīng))，導(dǎo)致產(chǎn)量小、能耗高；
③ 每個反應(yīng)釜生產(chǎn)交替時，殘留的材料與后期添加的填料容易形成包裹，造成脫水不完全，致使涂料貯存過程中黏度變大，影響涂料貯存穩(wěn)定性；
④ 控制難度大，需要操作工人有較高的操作水平和責(zé)任心才能確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全等問題；
⑤ 成本增加：由于質(zhì)量波動幅度大，為了確保較低的指標(biāo)達標(biāo)，則需要很高的成本。
3、新型生產(chǎn)設(shè)備
為了解決以上問題，我們針對生產(chǎn)設(shè)備進行了改進。
圖3是反應(yīng)釜(《聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備》專利號：ZL 2019 2 0530596.4)的結(jié)構(gòu)圖：
圖3
此外，新單組分聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備采用PLC工業(yè)自動化電腦控制，全程實行電腦跟蹤，壓力、溫度、流量智能數(shù)顯控制，流量配比精度±10g/s；從加料到工藝控制由系統(tǒng)智能控制，減少人工操作產(chǎn)生的質(zhì)量差異。如圖4：
圖4
4、新生產(chǎn)工藝
先將聚醚多元醇、液體改性樹脂、增塑劑加入在密閉容器中開始升溫，在高速攪拌下加入分散劑、防沉劑、填料、納米TiO2、CO2吸收劑分散均勻后，在(120±3)℃、-0.095MPa條件下減壓脫水120min，使之含水率≤0.05%；降溫至75～80℃滴加MI，在(80±3)℃條件下恒溫反應(yīng)3h。抽樣檢測聚合物的—NCO含量，當(dāng)預(yù)聚體的—NCO含量達到設(shè)計值時，即可停止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后在攪拌狀態(tài)下加入固化劑、抗氧化劑，保溫攪拌0.5h，冷卻降溫至70℃以下，加入適量的催化劑、溶劑，分散均勻即可出料。生產(chǎn)工藝流程圖如圖5：
圖5
新型單組分聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備工作過程如下：
① 反應(yīng)釜1內(nèi)加入需要脫水的原材料，進行分散、混合，并通過反應(yīng)釜2降溫時的熱風(fēng)進行升溫(盤管內(nèi)通風(fēng)進行熱交換)；
② 等待反應(yīng)釜2內(nèi)的混合料放空后，將反應(yīng)釜1的混合料通過過濾器、研磨泵導(dǎo)入反應(yīng)釜2；
③ 在反應(yīng)釜2內(nèi)繼續(xù)對混合料進行升溫，并抽真空對混合料進行脫水(此時，反應(yīng)釜1同時進行加料、混合、分散)；
④ 當(dāng)反應(yīng)釜2內(nèi)混合料達到規(guī)定脫水標(biāo)準(zhǔn)后，通過過濾器、導(dǎo)料泵將混合料導(dǎo)入反應(yīng)釜3；
⑤ 混合料導(dǎo)入反應(yīng)釜3后，加入異氰酸酯進行恒溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，得到單組分聚氨酯防水涂料成品。
新型單組分聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備采用各工序分別控制，同時將降溫?zé)崮苡糜诔卦牧仙郎氐倪B續(xù)生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)。將反應(yīng)釜設(shè)置為三層，便于加料和導(dǎo)料，同時充分利用各道工序之間(降溫工序釋放的熱源用于需要升溫的工序)的關(guān)系，降低了能源浪費。該設(shè)備結(jié)構(gòu)清晰(各工序使用的反應(yīng)釜根據(jù)工序需求采用不同構(gòu)造)，操作簡便，減少操作人員工作量，加熱、冷卻速度快，流水線作業(yè)模式的產(chǎn)品物理性能和外觀質(zhì)量更加穩(wěn)定。
因此，新型單組分聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備克服了原來反應(yīng)釜生產(chǎn)速度慢，等待升溫、等待降溫時間長，需要大功率高速分散設(shè)備，每罐反應(yīng)釜交替時沒有清理干凈物料容易包裹、結(jié)焦固化甚至物料暴聚、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。新型單組分聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，能耗低、原材料損耗少、產(chǎn)品物理性能和外觀質(zhì)量穩(wěn)定。
5、質(zhì)量對比
單組分聚氨酯涂料生產(chǎn)是一個較為復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，改善其分散、傳熱過程，保證參與反應(yīng)的組分在反應(yīng)釜中的充分、均勻，最大程度的使傳導(dǎo)界面和反應(yīng)釜內(nèi)各層面的溫度一致，是反應(yīng)速度和反應(yīng)程度的關(guān)鍵。單組分聚氨酯防水涂料生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝經(jīng)優(yōu)化后，經(jīng)生產(chǎn)運行證明，下線的單組分聚氨酯防水涂料質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良，尤其是貯存穩(wěn)定性等達到了有力保障；既提高了產(chǎn)品質(zhì)量又能夠節(jié)能降耗，充分發(fā)揮了設(shè)備和系統(tǒng)的最大作用，能夠保證生產(chǎn)順利進行和最終產(chǎn)品質(zhì)量的質(zhì)量穩(wěn)定。
單組分聚氨酯在通過貯存1～12個月后的情況對比：圖6拉伸強度對比、圖7斷裂伸長率對比、圖8產(chǎn)品貯存后期物性指標(biāo)對比。
圖6
圖7
圖8
由圖6、圖7、圖8數(shù)據(jù)可以看出，傳統(tǒng)的設(shè)備和工藝下線的產(chǎn)品，其黏度和物性指標(biāo)在貯存6～8個月后，黏度開始不斷上升，3～5個月后物性指標(biāo)逐漸下降；新的設(shè)備和工藝下線的產(chǎn)品在后期貯存時，其黏度和物理性能指標(biāo)的穩(wěn)定性均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，很大程度的提高了涂料的保質(zhì)期。
結(jié)語
單組分聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)是完全意義上的化工生產(chǎn)，相對傳統(tǒng)的防水卷材和防水涂料，其對設(shè)備、工藝和人員素質(zhì)要求更高。隨著單組分聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)工藝和技術(shù)的不斷完善，客戶對單組分聚氨酯防水涂料的認(rèn)知度越來越高，在防水領(lǐng)域的分量也會越來越大。只有適用的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝和嚴(yán)格規(guī)范的操作、控制，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、最大程度的提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益，方能推動單組分聚氨酯防水涂料市場的發(fā)展。
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