聚氨酯防水涂料生产线工艺装备及其对生产与质量影响诸因素

1、聚氨酯防水涂料生产线工艺装备及其对生产和质量影响诸因素聚氨酯防水涂料生产线工艺装备及其对生产和质量影响诸因素时间:2013-08-1112:06来源:北京东方雨虹防水工程有限公司作者:陈永初0前言随着科学技术的不断进步，防水涂料的品种日渐增多，但迄今为止聚氨酯防水涂料在世界各国仍视为功能最好的，被誉为液体橡胶，是聚氨酯甲酸酯橡胶的简称，具有耐水、耐低温、拉伸强度高、延伸率大、硬度和模量变化大以及粘结性好、耐磨、耐油、耐化学介质腐蚀等特性，广泛用于各领域的防水。聚氨酯防水涂料在我国的生产和使用也已有20余年的历史。并自“九五”至今，始终是建设部向建筑业推广的产品。北京东方雨虹防水工程有限公司为适

2、应市场对聚氨酯防水涂料的需求和完善防水涂料体系，形成低、中、高性能档次的防水涂料系列，于2004年5月建成年产5000t聚氨酯防水涂料生产线，该生产线自投产至今已累计生产单、双组份聚氨酯和喷涂型聚脲涂料等近万吨，产品用于工业和民用建筑的厨厕间及阳台、地下室、泳池、污水处理池、地铁、高速铁路等多种领域和部位的防水。笔者主持了该生产线的建设，主管生产线投产以来的生产，几年的生产实践证明，该生产线系统完善、具有生产多种产品功能、核心设备和控制满足生产高质量涂料工艺条件。本文着重介绍生产线设计、运行情况、对涂料生产及性能影响的主要因素。1生产线工艺技术方案建设一条功能多、规模大、工艺装备先进，电器控制

3、现代化，总体技术具有当代国际先进水平的生产线，是本公司聚氨酯防水涂料生产线设计的目标，也是生产线建设遵循的原则。1.1生产线设计功能及规模聚氨酯是聚合物主链上含有较多氨基甲酸酯基团（_NHCO）的系列弹性体，按形态和功能不同分为液态涂料、膏状密封材料、粘结材料和防腐、耐磨材料等多种产品；根据包装形式的不同，可分为双组分（多组分）和单组分2大类。单组分是通过聚氨酯预聚物的一NCo_-端基和空气中的湿气反应而固化成膜，而双组分是A、B组分按比例混合后，A组分中的一NCO端基和B组分中的催化剂反应而固化成膜。另据对当时聚氨酯类材料国内外市场的调查，喷涂型聚脲弹性防水涂料已悄然兴起。聚氨酯防水涂料的品

4、种规格、性能、颜色也有多样化的趋势。为使建成的生产线最大限度地发挥作用，适应市场多品种、高质量、大批量的需求，我们确定了生产线设计目标为：兼具生产单、双组分聚氨酯防水涂料、双组分喷涂聚脲弹性防水涂料、双组分建筑密圭寸膏和道桥密封膏等多种产品的功能，设计规模为年产5000t（工艺管道等配套系统能力按年产1万t，主设备预留位置）。1.2生产线系统构成及工艺流程聚氨酯类材料由原料加入到制各完成是一个化学反应过程，按其组成和工艺应属于精细化工产品，对配比、工艺控制参数、操作步骤要求极为严格。为此，我们对生产线建设做了充分的前期调研，对国外聚氨酯涂料工艺装备进行了深入地了解和考察，在此基础上确定的生产线

5、由液料贮存、计量及输送管道、反应釜、抽真空系统、充氮保护系统、供热和冷却系统，废气和清洗液回收处理系统、PLC控制系统、自动包装系统构成。为节省建设投资，单、双组分反应釜是分开设置，工艺管道系统等配套系统为共用。1.3生产线工艺流程（见图1）2核心设备及计量和控制系统的技术特点保证聚氨酯涂料生产和产品质量的核心设备是反应釜和计量和控制系统。我们在消化吸收国外先进技术的基础上，结合本生产线对功能、规模及总体技术水平的目标要求，在设计思路上大胆创新并获得了成功。2.1反应釜聚氨酯防水涂料生产线的核心设备为5个有效容积3m和3个1m3的双搅拌、双螺旋换热反应釜。其结构如图2所示。聚氨酯生产是一个较为

6、复杂的物理、化学过程，改善其传质、传热过程非常重要，特别是对反应速度相对较慢和存在一定程度逆反应的有机反应更为关键，如何保证参和反应的各组分在反应釜中充分、均匀的混合，尽可能增大参和反应组分的传质界面和保证反应釜内各层面的温度基本一致，是保证反应速度和反应程度的关键。考虑聚氨酯各组分具有一定的黏稠度，1600的反应釜依靠单一的高速搅拌型式不能很好地解决问题。本反应釜参照国际先进水平除设置750r/min变频调速高速桨式搅拌外，同时还配置了50r/min锚式低速刮边搅拌，以保证刮边效果。锚式搅拌叶和反应釜壁之间为仅5mm的均匀间隙，反应釜和搅拌器的制作都具有不小的难度。依靠和化工设备专业制造厂家

7、的密切合作，设备较好地达到设计要求。聚氨酯生产同时也是一个反复的升温、降温过程：聚醚升温脱水、降温反应、反应放热升温（需及时移走热量）、降温出料等。为保证产品质量，根据工艺条件的要求对各阶段的温度控制和持续时间都有较高和精确的要求。如采用蒸汽升温和冷却水降温，基本能满足要求。但我公司没有蒸汽锅炉，如果因为此生产线的需要增设蒸汽锅炉，在项目投资、人员配备、管理等各方面都要增加较大的投入。经过反复斟酌，最后创造性地采用了双螺旋加热、降温方式，采用一路螺旋通导热油加热，一路螺旋通冷却水降温来满足工艺条件的要求。较好的保证了生产各阶段对温度控制的要求和升降温速度。相比夹套式反应釜，螺旋本身可以起到加强

8、筋的作用，降低了对反应釜的要求、提高了反应釜的承压能力。2.2计量和控制对加入反应釜的各种原材料精确可靠的计量和对生产各过程先进有效的控制手段无疑是充分发挥设备和系统作用，最终保证生产顺利进行和最终产品质量的必要因素。本生产线控制系统PLC采用德国SIEMENS公司S7300系列产品，保证了该系统技术的先进性和稳定性。选用EASY-VIEW公司彩色触摸屏作为人机界面；高速分散采用LG公司变频控制，高速搅拌器可以从0-750r/min任意调节，以满足生产各阶段对搅拌速度的不同要求，从而保证整个控制系统的可靠性。PLC从现场仪表采集速度、温度、压力、流量、阀门开关及设备运行状态等信号，通过RS48

9、5接口实现和人机界面实时快捷的信息交换。为保证可靠性，所有温度、压力等工艺指标均采取远程和现场测量显示2套系统。通过现场工艺参数测量一信号传输一集中显示和程序控制一信号反馈一现场执行的过程，实现了生产过程温度、压力的自动控制和调节。主要液料的计量一般采用涡街流量计，计量精度在0.5级以上。操作人员在输送液料前设定需要的量，然后按动启动按钮，阀门自动打开，液料泵自动启动输送液料，当液料达到设定值时，液料泵自动停止、自动控制阀门自动关闭，整个液料输送过程均自动完成，无需人为干预。为保证计量的准确性，我们还为每个反应釜配置了进口电子称重计量系统，对经一次计量后加入反应釜的原材料用量进行二次计量校核，

10、其精度可达土0.5kg。同时，为保证最终出厂的产品计量准确，本生产线设置了成品自动罐装机，罐装和压盖的整个过程均自动完成，精度为土10g。3影响生产及涂料性能诸因素。3.1生产线运行情况2004年5月生产线建成投产，通过3年生产实践证明，生产线达到了设计目标和要求，总体技术在国内自主设计制造的聚氨酯防水涂料生产线中具有技术领先的水平。生产了近万吨涂料，主要品种有SPU301单组分和SPU一311双组分聚氨酯防水涂料、SPU一361高强聚氨酯防水涂料、SPUA一351喷涂聚脲弹性涂料，批量生产了聚氨酯密封膏及聚氨酯防腐涂料，涂料质量及理化性能、环保性能均达到和超过相关标准要求。产品不但用于建筑防

11、水，而且用于地铁、高速铁路混凝土桥面、涵洞等重要交通工程以及各种水池。3.2生产过程保证涂料生产和质量诸因素保证涂料的质量和性能，在设备、配方和原料质量保证前提下，生产过程还有很多需要重视的因素。3.2.1原材料的贮存和运输原材料是质量保证的前提，保证原材料的质量除优选供应商外，值得重视的还有原材料贮存和运输，尤其是聚醚、TDI和溶剂等化工原料，为保证在各种环境中原料的黏度稳定，聚醚在贮存罐中存放，每个贮存罐内设节能型加热器，输送管道采用导热油伴热，TDI原料低温贮存会使其作用衰减，故设置了恒温烘房和单独的上料问，鉴于TDI是有毒原料，我们建立了严格的领用制度。3.2.2加料全过程计量准确涂料

12、的制各原料分为粉料和液料2类，液料传送均为PLC控制自动计量，并按黏度选择不同的流量计，黏度大的用容积式流量计，黏度小的用涡街流量计，因反应釜均配有称重计量系统，所以输送管道均采用耐高温金属软管连接，对于直径大于40mm的软管在和反应釜连接部位采取水平连接，避免造成称量误差。3.2.3反应釜控温和控压聚氨酯防水涂料生产过程中各阶段对温度、压力的工艺指标要求较严，我们针对远传压力仪表可靠性不高的问题，设置了现场压力表，即使对热电阻这样可靠性较高的仪表，也设置了现场测温装置，以确保对生产过程工艺指标的控制万无一失，最终确保生产安全和产品质量。3.2.4脱水和搅拌聚氨酯防水涂料的生产中脱水是关键工序

13、，尤其是单组分在加入液料和粉料后，加入TID进行反应前，必须进行真空加热、抽气、脱水，脱水过程中反应釜温度应控制在100C以上直至水分降至工艺要求水平。搅拌也是制备涂料的关键因素，通过搅拌使各组分问（液一液之间、液一固之间）混合均匀使反应充分，在粉料加入、TID加入时均快速充分搅拌。由于搅拌过程中摩擦生热，所以要采取散热措施，使物料稳定在工艺要求。3.2.5氮气保护对于单组分涂料的制备，充氮系统在整个生产工艺中十分重要，它给反应釜提供保护，在出料时将氮从反应釜上方充入，将聚氨酯产品和空气中水分隔开，从而保护聚氨酯。3.2.6严格工艺管理聚氨酯防水涂料生产有别于传统的防水涂料（如改性沥青卷材）生产，是完全意义上的化工生产。对人员素质的要求、管理上的严格规范和操作控制方面的严谨准确均非一般防水材料生产可比，如对此没