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T-100 在环保聚氨酯涂料和弹性体中的应用优势

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-26
周 玲  马瑞进  白卫兵  盛振晗 (
甘肃银光聚银化工有限公司甘肃白银 730900)
摘  要:从 T-100 产品的性能特点入手,通过 T-100 产品在涂料、弹性体领域的应用研究,阐述其在环保涂料、高性能弹性体领域的应用前景和性能优势,并针对不同应用领域提出合理选择不同指标 T-100 的相关建议。
关键词: TDI-100;三聚体固化剂;聚氨酯弹性体
TDI是合成聚氨酯涂料最常用的原料,有 2,4 和 2,6 两种异构体,根据 2,4 体含量的不同,生产中可制得 TDI100、 TDI-80、 TDI-65 这 3 种牌号的商品,在 TDI类聚氨酯涂料中使用最普遍的是 TDI-80。
随着涂料行业对环保要求的不断提高,低残留固化剂等环保产品成了行业发展的主流,国内普遍采用化学法对游离 TDI单体进行后处理,从而达到降低游离 TDI的目的。目前,欧洲标准要求游离 TDI质量分数达到 0.5% 以下,实践表明,采用T-80合成欧洲标准要求的固化剂,NCO含量较低而且黏度高,存在一定难度;而用 T-100 合成就相对容易实现。
T-100 是 2,4 体质量分数大于 98% 的 TDI产品,其 2,6 体含量甚微。受甲基位阻影响,4 位 NCO 基的活性比 2 位及 6 位的 NCO 基的活性高,常温时 2,4 体的活性比 2,6 体高很多 [1],,因此,T-100 要比 T-80 的反应活性高。
另外,T-100 的产品质量与生产工艺关系密切。目前,T-100 的生产有间断式和连续式两种工艺。间断式工艺不能保证产品质量的稳定性且杂质含量较高,而采用循环连续化提纯工艺生产的 T-100 不仅纯度很高,而且批次间稳定性也很高。目前,银光公司 T-100 产品的纯度全部在 99.98%~99.99% 之间,2,4 体质量分数稳定控制在 99% 以上。为满足涂料和弹性体行业对 TDI产品的性能要求,银光公司进行了大量适应市场的应用研究工作,对以 T-80、T-100 在环保三聚体中的应用研究和实验情况,探讨分析了 T-100 产品在环保固化剂合成中的优势。
1   T-100 产品在涂料合成中的优势和应用前景
1.1  T-100 合成低游离三聚体的优势
在同样三聚催化剂、终止剂作用下,以乙酸乙酯和醋酸丁酯为溶剂体系,分别采用银光公司自产的 TDI80、 TDI-100 为原料,合成游离 TDI质量分数为 0.5% 以下、固含量 50% 的三聚体,对比性实验结果如表 1。

由表 1 数据可见,当三聚体中游离 TDI达到 0.5% 以下,用 T-100 反应可以保证较高的 NCO 含量和容忍度,黏度也较低;而用 T-80 合成的 NCO 含量要低,黏度高且容忍度低。实践中证明,T-80 合成低游离 TDI的 50%固含量三聚体时,游离 TDI由 0.7% 降到 0.5% 过程中一旦控制不好,会因体系黏度过大而难以实现,甚至焦料,而采用 T-100 相对容易操控。在配漆时,T-80 固化剂漆膜的硬度、丰满度不及 T-100。
1.2  T-100 合成低残留、75% 固含量固化剂的优势
低游离 75% 固含量固化剂(L75)是固体质量分数为 75% 的 TDI和三羟甲基丙烷的加成物,再经后处理制得的低游离 TDI含量的产品。因其通用性和环保性成为目前涂料市场的热销产品。其中,Bayer 的 L75 是代表性产品,游离 TDI质量分数小于 0.4%。广东嘉宝莉公司的 L75 采用薄膜蒸发法,环保指标与 Bayer 的一致。
L75 虽品质优异但因生产成本高,产品价格较贵,目前,Bayer 的 L75 市场价约 15 元 /kg,广东嘉宝莉公司的 L75 约 14 元 /kg,国内其他公司采用化学法合成的低游离 75% 固含量固化剂市场价约 11.5 元 /kg,用化学法合成75%固含量固化剂有明显价格优势。目前,国产低游离75%固含量固化剂多是采用T-80为原料,如果用T-100 在反应可控性、固化剂环保性、反应转化率等方面都有优势,游离 TDI含量会更低,在提升产品质量的同时,与 L75 相比也很经济,因而,T-100 为原料生产低游离 TDI75% 固含量固化剂更适合国内涂料市场的实际情况。
1.3  T-100 生产环保固化剂在销售和使用中的综合成本优势
涂料行业之所以少用 T-100,是基于生产成本和产品利润考虑,因为国内下游市场对高档环保产品的需求情况和消费水平偏低。因 T-100 的价格比 T-80 高,所以,用 T-80 能满足使用的绝不采用 T-100,尽管用 T-100 制备的产品质量优异。
参考银光公司的产品价格,T-100产品与T-80每吨价格相差2000元,根据投料比例,每吨 TDI三聚体用T-100 的原料成本实际增加不足1000元,以广东嘉宝莉的50%固含量三聚体价格为例,用T-100做的三聚体售价要比T-80 做的每吨至少高1000元,产品售价与原料成本已相互抵消。另外,在生产中,由于T-100活性高,反应周期相对T-80 显著缩短,产品的能耗成本较低,在有效的时间内,产品容易达到后期指标,因产品操控容易而使得人工成本随 之降低;同时,用 T-100 合成的无论 75% 固含量环保固化剂还是低游离 TDI三聚体,由于产品中 NCO 含量明显 高于T-80的同类产品,就配漆时的加入量而言,T-100固化剂的加入量要少,且固化程度高,无形中节省了用量。
因此,采用 T-100 做环保固化剂产品,由 T-100 价格产生的原料成本相增加,相比固化剂的销售利润、生产综合成本和配漆时节省的用量,实际上仍然具有一定优势。
1.4  T-100 在环保固化剂领域的应用前景
由于T-100 自身性能决定了固化剂产品的 NCO 含量高、容忍度高、游离 TDI含量低,使得配漆时固化程度高,具有漆膜韧性、强度好等多种性能优势,尤其,在用 T-80 难以实现的环保固化剂领域,T-100 有着不可替代的优势和发展前景。例如:以 T-100 为原料合成 TDI三聚体固化剂,能够满足欧洲标准环保产品的指标要求,同时,在低游离 75% 固含量固化剂产品中,用 T-100 通过化学法合成相比薄膜蒸发法、萃取法制得的产品性价比高,因此,当行业真正认识到 T-100 的性能和综合成本优势后,会扭转单纯以价格拒绝 T-100 产品的片面认识,因 T-100 而实现 的固化剂行业产品的质量跃升,必将为提升国内涂料行业的环保性起到有力的推动作用,市场潜力和应用前景广阔。
2   T-100 在浇注型聚氨酯弹性体合成中的优势
在浇注型聚氨酯弹性体合成中,对工艺性能的要求胜过对产品机械性能的选择。T-100 因 2,4 体结构的不对称性和良好的反应活性,相比 T-80、MDI 在加工工艺性能和生产综合性能上有突出的优势,因此,占据着不可取代的优势地位。
2.1  T-100 相比 T-80、MDI 在加工工艺性能上的优势
有研究表明:采用 ODX-218 或 PTMeG-2000 为多元醇,分别与 2,4- TDI质量分数为 97.5%、98%、98.5% 和 99% 的 TDI-100 反应,合成 NCO 质量分数均为 3.6% 的聚氨酯预聚体,再以 MOCA 为扩链剂合成聚氨酯弹性体,随着 TDI中 2,4- TDI含量的增加,凝胶时间随之增加,操作工艺性能随之增强 [2]
聚氨酯弹性体的加工工艺性能包括合成的釜中寿命,反应周期、可操作性和产品合格率等多项因素。在邵 A硬度85以上的高性能弹性体中,与MOCA扩链T-80中的2,6 TDI结构对称易结晶,凝胶快,无法满足手工浇注要求,对于要求高的制品非常难做;另外,MDI 中有两个苯环,NCO 含量高,与MOCA 扩链反应更剧烈,多选用小分子的醇做扩链剂,由结构性能决定其工艺比 T-80 更难控制,操作难度更大,产品合格率低;而 T-100 有足够的釜中寿命和后反应速度,操作工艺性能好,生产效率高,且成品合格率高。
2.2  T-100 相比 T-80、MDI 在综合性能上的优势
在邵A 硬度为85 以上的高性能制品中,T-100 赋予了制品优异的综合性能。有研究表明,在 PTMG/ TDI/ MOCA体系中,耐磨性能随2,4- TDI含量增加有所提高。在ODX-218/ TDI/MOCA体系中,当 TDI原料的2,4- TDI质量分数在 97.5% ~ 98.5% 之间制品的综合性能最好 [2]
生产实践表明,T-100 综合性能比 T-80 好。其综合性能是指拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、硬度、弹性模量、压缩永久变形等。研究中 MDI 的试片性能虽好,但加工太难,操作不易做到,实际生产中是以产品的合 格率为衡量指标,因此,在高性能弹性体生产中,T-100 满足了优质高效的实际生产要求,以其良好的综合性能 和可操作性成为行业的首选,具有不可替代的优势。
3   结束语
基于涂料行业对 TDI产品活性和色度的要求,采用循环连续提纯工艺制得的高纯度、低色度、酸值和水解氯都低的 T-100 产品,则正好满足涂料要求;由于弹性体合成多数采用本体聚合,在产品纯度和 2,4 体含量满足需求的前提下,适当的酸性有利于预聚体的稳定合成,为保证反应的可控性,选择酸值和水解氯略高的T-100,有利于反应的平稳性,但总氯不宜过高。
鉴于T-100 产品在高端涂料和高性能弹性体领域具有显著的优势,如果合理选用 T-100 产品,将整体助推国内涂料、弹性体行业的产品质量升级,同时必将产生良好的经济效益和社会效益,应用前景广阔。
参  考  文  献
[1 ]   涂料工艺编委会.涂料工艺 [M].北京:化学工业出版社,1997:12
[2 ]   李健,陈海良,刘扬,等.2,4- TDI含量对聚氨酯弹体性能的影响 [J].聚氨酯工业,2012,27(6):24-26
The Advantages of T-100 Products in Environmental Friendly Coatings and Eastomers
ZHOU Ling,  MA ruijin,  BAI Weibing,SHeNG Zhenhan
( Gansu Yinguang Juyin Chemical Co.Ltd,BaiYing,Gansu 730900,China )
Abstract:The application prospect and performance advantages of T-100 product in environmental friendly coating and high performance elastomer were introduced.The related suggestions were proposed for corresponding indicators of T-100 in different areas.
Keywords: toluence diisocyanate;trimerization curing agent;  polyurethane elastomer
作者简介:周玲  女,1972 年出生,工程师,从事 TDI应用领域聚氨酯技术研究。

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