Курсовая работа (т): Технологія виробництва поліуретану

Технологія виробництва поліуретану

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут екологічної безпеки

Кафедра хімічної технології

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Технологія виробництва високомолекулярних сполук»

Тема: «Технологія виробництва поліуретану»

Виконала:

Пінчук Г.Ю.

Київ - 2015

Зміст

Вступ

1.          Огляд літкратури

1.1 Історія відкриття поліуретану

.2 Загальна характеристика поліуретанів

.3 Одержання поліуретанів

.3.1 Мономери для виробництва поліуретанів

.4 Властивості поліуретанів

.5 Застосування поліуретанів

.5.1 Пінополіуретани

.5.2 Ізоціанатетилметакрилат

.5.3 Поліуретани в медицині

.5.4 Поліуретанові каучуки

.5.5 Поліуретанові клеї

.5.6 Поліуретанові покриття

.5.7 Поліуретанові масла

.5.8 Поліуретанові волокна

.5.9 Поліуретанові лаки

.6 Загальне застосування поліуретанів

.7 Технологічний процес виготовлення пінополіуретану

.8 Техніка безпеки при виготовленні поліуретанів

2.          Розрахунок сушильного апарату для сушки поролону

.1 Розрахунок розмірів барабана

.2 Об’єм барабану

.3 Довжина барабану

Висновок

Список літератури

Вступ

Поліуретани є універсальним матеріалом, на їх основі виготовляють еластичні, напівтверді й тверді матеріали. Поліуретани переробляють практично всіма існуючими технологічними методами: екструзією, пресуванням, литтям, заливкою.

На їх основі отримують всі відомі типи матеріалів і виробів: наповнені, армовані, спінені, ламіновані, у вигляді плит, листів, блоків, профілів, волокон, плівок. Вироби і конструкції на основі поліуретанів використовують в усіх без винятку галузях промисловості.

Пінополіуретани (поролон) - газанаповнені полімери на основі поліуретану. Пінополіуретани поділяють на еластичні і жорсткі.

Завданням курсового проекту є розрахунок сушильного апарату у виробництві еластичного пінополіуретану (поролону). На багатьох стадіях різних промислових виробництв, а також у науковій дослідницькій діяльності застосовують різноманітні сушильні апарати.

Перевага роботи сушильних апаратів на виробництві полягає в тому, що вони істотно зменшують процес виробництва у часі, порівняно з іншими видами теплообмінників. Завдяки цьому сфера використання сушильних апаратів дуже широка: вони використовуються у різних сферах виробництва полімерів та пластичних мас на їх основі.

поліуретан каучук поролон сушка

1. Огляд літератури

.1 Історія відкриття поліуретану

В даний час до поліуретанів відносять великий клас полімерів, частіш за все це такі полімини які сильно відрізняються за хімічною природою, будовою ланцюга і властивостями, але всі вони містять уретанові групи -NHCOO.

Іноді з метою уточнення назви через наявність поряд з уретановою інших функціональних груп вживають такі терміни, як поліуретани складно ефірного типу, поліуретани на основі простих олігоефірів, полімочевинні уретани. Хоча ці назви технічно більш точні, користуватися ними незручно, тому застосовують термін "поліуретан", який об'єднує всі полімери, що містять уретанову групу.

Поліуретани є універсальним матеріалом: на основі поліуретанів виготовляють еластичні, напівтверді й тверді матеріали. Поліуретани переробляють практично всіма існуючими технологічними методами: екструзією, пресуванням, литтям, заливкою. На їх основі отримують всі відомі типи матеріалів і виробів: наповнені, армовані, спінені, ламіновані, у вигляді плит, листів, блоків, профілів, волокон, плівок. І нарешті, вироби та конструкції на основі поліуретанів використовують в усіх без винятку галузях промисловості.

Поліуретани широко застосовуються у виробництві клеїв, герметиків і покриттів. До останніх відносяться алкідні лаки, отверджені ізоціонатами, поліуретанові лаки і уретанові каучуки, що використовуються для дублювання тканин та інших субстратів.

Ці матеріали відмінно зарекомендували себе в багатьох областях, однак висока вартість сировини не дозволяє з достатньою точністю оцінити доцільність їх застосування у виробництві окремих видів виробів.

Можливості отримання настільки різноманітних матеріалів закладені в особливостях хімічної будови поліуретанів і необмежених можливостях регулювання їх структури. Шляхом зміни ступеня зшивання теоретично можна отримувати полімери з будь-якими фізико-механічними властивостями, характерними для пластиків - від термопластичних до термореактивних. Крім того, фізико-механічні властивості цих полімерів можна змінювати варіюванням хімічних груп, що знаходяться між уретановими ланками. Це зазвичай призводить до більш тонких змін фізико-механічних властивостей.

Таким чином, теоретично шляхом зміни ступеня зшивання і комбінування хімічних груп, що знаходяться між уретановими ланками в молекулі полімеру, можна отримати полімери будь-якої жорсткості, причому, можливості ці по суті не обмежені. Навіть у найпростіших лінійних полімерах завжди є два радикала, варіюючи якими можна надати полімерам різні властивості. Зазвичай використовують розгалужені полімери, в яких є не два, а три, чотири або більше різних радикалів. Цим розмаїттям властивостей матеріалів на основі поліуретанів і пояснюється їх широке застосування в промисловості в даний час.

Відмінною особливістю поліуретанів те, що в їх розробку внесли вклад практично всі промисловорозвинені країни. Цей клас полімерів привернув увагу американських дослідників після другої світової війни.

На початку 30-х років Карозерс (США) провів дослідження з синтезу поліамідів. На підставі цих досліджень в концерні “I.G. Farbenindustrie” (Німеччина) почалися роботи зі створення полімерних матеріалів, подібних до поліаміду. У результаті чого були винайдені нові полімери - поліуретани.

У 1937 році Байєр із співробітниками синтезували поліуретанові еластомери взаємодією диізоционатів з різними гідроксилвмісними сполуками (поліоли). Потім на основі цих композицій вони отримали жорсткі і еластичні пінополіуретани.

Метою робіт того періоду була заміна поліуретанами таких стратегічних матеріалів, як натуральний каучук, сталь, пробка.

У 1945р в журналах Modern Plastics і Chemical and Engineering News з'явилася оглядова стаття Г. Клайна і коротка замітка про методи отримання поліуретанів, області застосування і техніко-економічні показниках. Незабаром після закінчення війни було налагоджено їх промислове виробництво.

З огляду патентної літератури видно, що фірма Du Pont 1939-1940 рр. виконувала велику роботу в галузі дослідження поліуретанів.

У 1945р військове відомство США направило до Німеччини групу спостерігачів для вивчення технічних досягнень в області пластичних мас.

Ця група встановила, що крім лінійних полімерів, одержаних з аліфатичних гліколей і діізоціанатів, велике значення при виготовленні пінопластів, покриттів і клеїв мають матеріали, отримані на основі діізоціанатів і деяких складних поліефірів.

Застосування поліуретанів в авіаційній промисловості виявилося найбільш цікавим: пінопласти використовувалися в якості середнього шару в тришарових конструкціях, в яких мала вага поєднується з високою міцністю.

Досвід застосування таких конструкцій показав, що пінопласти дуже вібростійкі. В результаті застосування поліуретанових покриттів для площин літаків помітно збільшилося їх швидкість. Ці покриття володіли хорошою водостійкістю і атмосферостійкістю, а також стійкістю до дії рідкого палива.

Фірмою Du Pont були опубліковані роботи про дослідження діізоціанатів і методи одержання деяких поліуретанових пінопластів ще в 1946 р.

У 1950 р фірмами Du Pont і Monsanto було організовано виробництво в напівпромисловому масштабі вихідних матеріалів для діізоціанатів. Про промисловий тип поліуретанових пінопластів ця фірма повідомила лише в 1953 р.

У результаті успішного розвитку робіт у цій області стало можливим на основі композицій складний поліефір - діізоционат отримати пінопласт, який твердне на місці нанесення. Він знайшов широке застосування в промисловості.

До цього часу в Німеччині на основі діізоционатів була створена потужна промисловість поліуретанів. Незважаючи на великий попит, споживання еластичних поліуретанових пінопластів, ароматичних діізоционатів в порівнянні до аліфатичних збільшилося.

Виробництво цих легких еластичних матеріалів було настільки вдосконалено, що вони почали широко застосовуватися в побуті і в транспорті. Завдяки успіхам, досягнутим в галузі промислового застосування різних поліуретанів в Німеччині, інтерес до цих матеріалів в США значно зріс.

У 1954 р США закупили в Німеччині кілька установок для виробництва пінопластів. Таким чином, в результаті великих успіхів, досягнутих в Німеччині в галузі досліджень і в промисловому виробництві поліуретанів, виявилося можливим їх застосування в промисловість пластичних мас США.

З того часу ця область хімії полімерів розвивалася бурхливими темпами. У розробку хімії поліуретанів внесли вклад практично всі промислово розвинені країни.

В останні роки велика робота з дослідження в галузі хімії і промислового застосування діізоционатів була проведена National Aniline Company в даний час виробництво діізоционатів (головним чином, різних ізомерів толен діізоционатів) зосереджено на підприємствах фірм Du Pont, Mobay, National Aniline Company.

Крім того, Carwin Chemical Company виробляє спеціальний діізоционат на основі бензидина і його гомологів. Велика частина продукції поліуретанів в США випускається у вигляді пінопластів, але останнім часом проявляється великий інтерес і до застосування поліуретанів для отримання захисних покриттів, клеїв і каучуків.

.2 Загальна характеристика поліуретанів

Керівник науково-дослідної лабораторії фірми «Байєр А.Г.» у м. Ліверкузені Отго Георг Вільгельм Байєр (1902-1982) був завзятим синтетиком-полімерником, і найбільшим його досягненням стало одержання в 1937 р. нового класу полімерів - поліуретанів.

Уретаном називають етилкарбамат - естер неіснуючої у вільному стані карбамінової кислотити.

Цей локальний термін став узагальненим, і в полімерній хімії замість «полікарбомат» використовують назву «поліуретан».

Поліуретани - це полімери, що містять у головному ланцюзі уретанову (карбаматну) групу.

Тобто, поліуретани - це гетероланцюгові полімери, макромолекула яких містить незаміщену або заміщену уретанову групу - N-CO-, де R = Н, алкіл-, арил- або ацилрадикали. До поліуретанів відносяться високомолекулярні сполуки, що містять значну кількість уретанових груп -NHCOO-, незалежно від будови іншої частини молекул.

Зазвичай ці полімери отримують при взаємодії поліізоционатів з речовинами, які мають кілька гідроксильних груп, наприклад з гліколями, касторковою олією, простих поліефірів. Такі речовини можуть містити й інші реакційноздатні групи, зокрема амінні і карбоксильні. Тому в поліуретанах, крім уретанових груп, можна виявити і амідні, сечовинні, ефірні (прості і складні) групи. А також ароматичні і аліфатичні радикали. Ці полімери називають іноді "поліуретанами", іноді "ізоціонатними полімерами".

«Матеріал з необмеженими можливостями» складається головним чином з двох типів сировини, ізоціаната і поліола, які отримують з сирої нафти. При змішуванні двох готових до переробки рідких компонентів системи, які містять різні допоміжні речовини (каталізатори, вспінювачі, стабілізатори і т.д.), утворюється реакційно-здатна суміш. Залежно від рецептури і співвідношення компонентів, при відповідній технології можна відрегулювати спектр властивостей утворення поліуретану - ми можемо отримати жорсткий, м'який, інтегральний, вспінений або монолітний.

Поліуретани можуть бути в'язкими рідинами або твердими продуктами - від високоеластичних м'яких гум до жорстких пластиків і переробляються практично всіма існуючими технологічними методами: екструзією, пресуванням, литтям, заливкою. [1]

.3 Одержання поліуретанів

Лінійні поліуретани одержують гетерополіконденсацією діізоціанів з діолами:

Менш поширеним способом синтезу поліуретанів є гетерополіконденсація дихлорформіатів з діамінами:

Вперше виробництво поліуретанів почали застосовувати на початку Другої світової війни в Німеччині. Уже тоді стала зрозумілою незвичайна універсальність цих полімерів.

З них виробляли пластмаси і волокна. З паперу, просоченого поліуретаном, німці виготовляли непроникні для іприту накидки. За допомогою поліуретанового клею на танкових трактах закріпляли гуму.

Водночас виявили ще одну важливу особливість поліконденсації діізоцианатів, а саме, їх здатність утворювати піноматеріали.

Moltopren - продукт гетерополіконденсації толуїлендіізоціанату (суміш 2,4 - та 2,6 - ізомерів у співвідношенні 65:35 під назвою Desmodur T) та олігоестеру з кінцевими гідроксилами, що містив незначну кількість вільних карбоксильних груп.

Взаємодія останніх з ізоціанатними групами відбувалася з утворенням СО₂, який спінював поліуретан.

По закінченню війни всі розробки і технологія виробництва поліуретанів попала до американців, і вже з 1946р. поліуретани різного призначення стали виробляти у США.

Однак і фірма Байєр і дослідницька група О. Байєра продовжували роботи в Німеччині. Практично всі головні напрями на шляху створення сучасних поліуретанових матеріалів були остаточно сформовані наприкінці 50-х років.[1]

.3.1 Мономери для виробництва поліуретанів

Ізоціанати.

У промисловості ізоціанати одержують фосгенуванням відповідних амінів. Процес проходить двостадійно.

На першій стадії розчин аміну змішують з фосгеном при невисоких температурах з одерженням хлорангідриду відповідної карбамінової кислоти.

На другій стадії при температурі 120-150 ⁰С одночасно відбувається фосгенування та дегідрохлорування.

Саме в такий спосіб у промисловості одержують найпоширеніші для виробництва поліуретанів 2,6-толуїлендіізоціанат (I); 4,4- дифенілметандіізоціанат (II) та гексаметилендіізоціанат (III).

Для синтезу розгалужених (сітчастих) поліуретанів використовують сполуки, що містять у молекулі не менше трьох ізоціанатних груп. Реагенти такого типу можна одержати безпосередньо з діізоціанатів та полігідроксильних сполук (аддукти), наприклад з 1,1,1 - триметилолпропану.

Трифункціональні ізоціанати одержують також тримеризацією діізоціанатів з утворенням ізоціануратного циклу за присутності третинних амінів, наприклад: