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| 聚氨酯配料系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)與質(zhì)量影響諸因素 | 2020-01-28 |
| 0 前言 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，防水涂料的品種日漸增多，但迄今為止聚氨酯防水涂料在世界各國(guó)仍視為功能，被譽(yù)為液體橡膠，是聚氨酯甲酸酯橡膠的簡(jiǎn)稱，具有耐水、耐低溫、拉伸強(qiáng)度高、延伸率大、硬度和模量變化大以及粘結(jié)性好、耐磨、耐油、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕等特性，廣泛用于各領(lǐng)域的防水。聚氨酯防水涂料在我國(guó)的生產(chǎn)和應(yīng)用也已有20余年的歷史。并自“九五”至今，始終是建設(shè)部向建筑業(yè)推廣的產(chǎn)品。北京東方雨虹防水工程有限公司為適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)聚氨酯防水涂料的需求和*防水涂料體系，形成低、中、高性能檔次的防水涂料系列，于2004年5月建成年產(chǎn)5000t聚氨酯防水涂料配料系統(tǒng)，該配料系統(tǒng)自投產(chǎn)至今已累計(jì)生產(chǎn)單、雙組份聚氨酯和噴涂型聚脲涂料等近萬(wàn)噸，產(chǎn)品用于工業(yè)與民用建筑的廚廁間及陽(yáng)臺(tái)、地下室、泳池、污水處理池、地鐵、高速鐵路等多種領(lǐng)域和部位的防水。筆者主持了該配料系統(tǒng)的建設(shè)，主管配料系統(tǒng)投產(chǎn)以來(lái)的生產(chǎn)，幾年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該配料系統(tǒng)系統(tǒng)*、具有生產(chǎn)多種產(chǎn)品功能、核心設(shè)備和控制滿足生產(chǎn)高質(zhì)量涂料工藝條件。本文著重介紹配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行情況、對(duì)涂料生產(chǎn)及性能影響的主要因素。 1 配料系統(tǒng)工藝技術(shù)方案建設(shè)一條功能多、規(guī)模大、工藝裝備，電器控制現(xiàn)代化，總體技術(shù)具有當(dāng)代水平的配料系統(tǒng)，是本公司聚氨酯防水涂料配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，也是配料系統(tǒng)建設(shè)遵循的原則。 1．1 配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能及規(guī)模聚氨酯是聚合物主鏈上含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)(_N HCO)的系列彈性體，按形態(tài)和功能不同分為液態(tài)涂料、膏狀密封材料、粘結(jié)材料和防腐、耐磨材料等多種產(chǎn)品；根據(jù)包裝形式的不同，可分為雙組分(多組分)和單組分2大類。單組分是通過(guò)聚氨酯預(yù)聚物的一NCo_-端基與空氣中的濕氣反應(yīng)而固化成膜，而雙組分是A、B組分按比例混合后，A組分中的—NC0一端基與B組分中的催化劑反應(yīng)而固化成膜。另?yè)?jù)對(duì)當(dāng)時(shí)聚氨酯類材料國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的調(diào)查，噴涂型聚脲彈性防水涂料已悄然興起。聚氨酯防水涂料的品種規(guī)格、性能、顏色也有多樣化的趨勢(shì)。為使建成的配料系統(tǒng)限度地發(fā)揮作用，適應(yīng)市場(chǎng)多品種、高質(zhì)量、大批量的需求，我們確定了配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為：兼具生產(chǎn)單、雙組分聚氨酯防水涂料、雙組分噴涂聚脲彈性防水涂料、雙組分建筑密封膏和道橋密封膏等多種產(chǎn)品的功能，設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)5000 t(工藝管道等配套系統(tǒng)能力按年產(chǎn)1萬(wàn)t，主設(shè)備預(yù)留位置)。 1．2 配料系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成及工藝流程聚氨酯類材料由原料加入到制各完成是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，按其組成和工藝應(yīng)屬于精細(xì)化工產(chǎn)品，對(duì)配比、工藝控制參數(shù)、操作步驟要求極為嚴(yán)格。為此，我們對(duì)配料系統(tǒng)建設(shè)做了充分的前期調(diào)研，對(duì)國(guó)外聚氨酯涂料工藝裝備進(jìn)行了深入地了解和考察，在此基礎(chǔ)上確定的配料系統(tǒng)由液料貯存、計(jì)量及輸送管道、反應(yīng)釜、抽真空系統(tǒng)、充氮保護(hù)系統(tǒng)、供熱和冷卻系統(tǒng)，廢氣和清洗液回收處理系統(tǒng)、PLC自動(dòng)配料系統(tǒng)、自動(dòng)包裝系統(tǒng)構(gòu)成。為節(jié)省建設(shè)投資，單、雙組分反應(yīng)釜是分開(kāi)設(shè)置，工藝管道系統(tǒng)等配套系統(tǒng)為共用。 1．3 配料系統(tǒng)工藝流程(見(jiàn)圖1)2 核心設(shè)備及計(jì)量與自動(dòng)配料系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)保證聚氨酯涂料生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的核心設(shè)備是反應(yīng)釜和計(jì)量與自動(dòng)配料系統(tǒng)。我們?cè)谙占夹g(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本配料系統(tǒng)對(duì)功能、規(guī)模及總體技術(shù)水平的目標(biāo)要求，在設(shè)計(jì)思路上大膽創(chuàng)新并獲得了成功。 2．1 反應(yīng)釜聚氨酯防水涂料配料系統(tǒng)的核心設(shè)備為5個(gè)有效容積3 m和3個(gè)1 m3的雙攪拌、雙螺旋換熱反應(yīng)釜。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。聚氨酯生產(chǎn)是一個(gè)較為復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，改善其傳質(zhì)、傳熱過(guò)程非常重要，特別是對(duì)反應(yīng)速度相對(duì)較慢和存在一定程度逆反應(yīng)的有機(jī)反應(yīng)更為關(guān)鍵，如何保證參與反應(yīng)的各組分在反應(yīng)釜中充分、均勻的混合，盡可能增大參與反應(yīng)組分的傳質(zhì)界面和保證反應(yīng)釜內(nèi)各層面的溫度基本一致，是保證反應(yīng)速度和反應(yīng)程度的關(guān)鍵。考慮聚氨酯各組分具有一定的黏稠度，Ф1600的反應(yīng)釜依靠單一的高速攪拌型式不能很好地解決問(wèn)題。本反應(yīng)釜參照水平除設(shè)置750 r／min變頻調(diào)速高速槳式攪拌外，同時(shí)還配置了50 r／min錨式低速刮邊攪拌，以保證刮邊效果。錨式攪拌葉與反應(yīng)釜壁之間為僅5 mm的均勻間隙，反應(yīng)釜和攪拌器的制作都具有不小的難度。依靠與化工設(shè)備專業(yè)制造廠家的密切合作，設(shè)備較好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求。聚氨酯生產(chǎn)同時(shí)也是一個(gè)反復(fù)的升溫、降溫過(guò)程：聚醚升溫脫水、降溫反應(yīng)、反應(yīng)放熱升溫(需及時(shí)移走熱量)、降溫出料等。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)工藝條件的要求對(duì)各階段的溫度控制和持續(xù)時(shí)間都有較高和精確的要求。如采用蒸汽升溫和冷卻水降溫，基本能滿足要求。但我公司沒(méi)有蒸汽鍋爐，如果因?yàn)榇伺淞舷到y(tǒng)的需要增設(shè)蒸汽鍋爐，在項(xiàng)目投資、人員配備、管理等各方面都要增加較大的投入。經(jīng)過(guò)反復(fù)斟酌，最后創(chuàng)造性地采用了雙螺旋加熱、降溫方式，采用一路螺旋通導(dǎo)熱油加熱，一路螺旋通冷卻水降溫來(lái)滿足工藝條件的要求。較好的保證了生產(chǎn)各階段對(duì)溫度控制的要求和升降溫速度。相比夾套式反應(yīng)釜，螺旋本身可以起到加強(qiáng)筋的作用，降低了對(duì)反應(yīng)釜的要求、提高了反應(yīng)釜的承壓能力。 2．2 計(jì)量與控制對(duì)加入反應(yīng)釜的各種原材料精確可靠的計(jì)量和對(duì)生產(chǎn)各過(guò)程有效的控制手段無(wú)疑是充分發(fā)揮設(shè)備和系統(tǒng)作用，最終保證生產(chǎn)順利進(jìn)行和最終產(chǎn)品質(zhì)量的必要因素。本配料系統(tǒng)自動(dòng)配料系統(tǒng)PLC采用德國(guó)SIEMENS公司S7—300系列產(chǎn)品，保證了該系統(tǒng)技術(shù)的性和穩(wěn)定性。選用EASY-VIEW公司彩色觸摸屏作為人機(jī)界面；高速分散采用LG公司變頻控制，高速攪拌器可以從0-750 r／min任意調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)各階段對(duì)攪拌速度的不同要求，從而保證整個(gè)自動(dòng)配料系統(tǒng)的可靠性。PLC從現(xiàn)場(chǎng)儀表采集速度、溫度、壓力、流量、閥門(mén)開(kāi)關(guān)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào)，通過(guò)RS485接口實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面實(shí)時(shí)快捷的信息交換。為保證可靠性，所有溫度、壓力等工藝指標(biāo)均采取遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量顯示2套系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)測(cè)量一信號(hào)傳輸一集中顯示和程序控制—信號(hào)反饋一現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程溫度、壓力的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)。主要液料的計(jì)量一般采用渦街流量計(jì)，計(jì)量精度在0．5級(jí)以上。操作人員在輸送液料前設(shè)定需要的量，然后按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，液料泵自動(dòng)啟動(dòng)輸送液料，當(dāng)液料達(dá)到設(shè)定值時(shí)，液料泵自動(dòng)停止、自動(dòng)控制閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，整個(gè)液料輸送過(guò)程均自動(dòng)完成，無(wú)需人為干預(yù)。為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，我們還為每個(gè)反應(yīng)釜配置了進(jìn)口電子稱重計(jì)量系統(tǒng)，對(duì)經(jīng)一次計(jì)量后加入反應(yīng)釜的原材料用量進(jìn)行二次計(jì)量校核，其精度可達(dá)±0．5 kg。同時(shí)，為保證最終出廠的產(chǎn)品計(jì)量準(zhǔn)確，本配料系統(tǒng)設(shè)置了成品自動(dòng)罐裝機(jī)，罐裝和壓蓋的整個(gè)過(guò)程均自動(dòng)完成，精度為±10 g。 3 影響生產(chǎn)及涂料性能諸因素。 3．1 配料系統(tǒng)運(yùn)行情況2004年5月配料系統(tǒng)建成投產(chǎn)，通過(guò)3年生產(chǎn)實(shí)踐證明，配料系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，總體技術(shù)在國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)制造的聚氨酯防水涂料配料系統(tǒng)中具有技術(shù)的水平。生產(chǎn)了近萬(wàn)噸涂料，主要品種有SPU一301單組分和SPU一311雙組分聚氨酯防水涂料、SPU一361高強(qiáng)聚氨酯防水涂料、SPUA一351噴涂聚脲彈性涂料，批量生產(chǎn)了聚氨酯密封膏及聚氨酯防腐涂料，涂料質(zhì)量及理化性能、環(huán)保性能均達(dá)到和超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品不但用于建筑防水，而且用于地鐵、高速鐵路混凝土橋面、涵洞等重要交通工程以及各種水池。 3．2 生產(chǎn)過(guò)程保證涂料生產(chǎn)和質(zhì)量諸因素保證涂料的質(zhì)量和性能，在設(shè)備、配方和原料質(zhì)量保證前提下，生產(chǎn)過(guò)程還有很多需要重視的因素。 3．2．1 原材料的貯存和運(yùn)輸原材料是質(zhì)量保證的前提，保證原材料的質(zhì)量除優(yōu)選供應(yīng)商外，值得重視的還有原材料貯存和運(yùn)輸，尤其是聚醚、TDI和溶劑等化工原料，為保證在各種環(huán)境中原料的黏度穩(wěn)定，聚醚在貯存罐中存放，每個(gè)貯存罐內(nèi)設(shè)節(jié)能型加熱器，輸送管道采用導(dǎo)熱油伴熱，TDI原料低溫貯存會(huì)使其作用衰減，故設(shè)置了恒溫烘房和單獨(dú)的上料問(wèn)，鑒于TDI是有毒原料，我們建立了嚴(yán)格的領(lǐng)用制度。3．2．2 加料全過(guò)程計(jì)量準(zhǔn)確涂料的制各原料分為粉料和液料2類，液料傳送均為PLC控制自動(dòng)計(jì)量，并按黏度選擇不同的流量計(jì)，黏度大的用容積式流量計(jì)，黏度小的用渦街流量計(jì)，因反應(yīng)釜均配有稱重計(jì)量系統(tǒng)，所以輸送管道均采用耐高溫金屬軟管連接，對(duì)于直徑大于40 mm的軟管在與反應(yīng)釜連接部位采取水平連接，避免造成稱量誤差。 3．2．3 反應(yīng)釜控溫和控壓聚氨酯防水涂料生產(chǎn)過(guò)程中各階段對(duì)溫度、壓力的工藝指標(biāo)要求較嚴(yán)，我們針對(duì)遠(yuǎn)傳壓力儀表可靠性不高的問(wèn)題，設(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)壓力表，即使對(duì)熱電阻這樣可靠性較高的儀表，也設(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫配料系統(tǒng)，以確保對(duì)生產(chǎn)過(guò)程工藝指標(biāo)的控制，最終確保生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量。 3．2．4 脫水和攪拌聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)中脫水是關(guān)鍵工序，尤其是單組分在加入液料和粉料后，加入TID進(jìn)行反應(yīng)前，必須進(jìn)行真空加熱、抽氣、脫水，脫水過(guò)程中反應(yīng)釜溫度應(yīng)控制在100℃以上直至水分降至工藝要求水平。攪拌也是制備涂料的關(guān)鍵因素，通過(guò)攪拌使各組分問(wèn)(液一液之間、液一固之間)混合均勻使反應(yīng)充分，在粉料加入、TID加入時(shí)均快速充分?jǐn)嚢琛Ｓ捎跀嚢柽^(guò)程中摩擦生熱，所以要采取散熱措施，使物料穩(wěn)定在工藝要求。 3．2．5 氮?dú)獗Ｗo(hù)對(duì)于單組分涂料的制備，充氮系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)工藝中十分重要，它給反應(yīng)釜提供保護(hù)，在出料時(shí)將氮從反應(yīng)釜上方充入，將聚氨酯產(chǎn)品與空氣中水分隔開(kāi)，從而保護(hù)聚氨酯。 3．2．6 嚴(yán)格工藝管理聚氨酯防水涂料生產(chǎn)有別于傳統(tǒng)的防水涂料(如改性瀝青卷材)生產(chǎn)，是意義上的化工生產(chǎn)。對(duì)人員素質(zhì)的要求、管理上的嚴(yán)格規(guī)范和操作控制方面的嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確均非一般防水材料生產(chǎn)可比，如對(duì)此沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)、達(dá)不到應(yīng)有的水平，非但無(wú)法確保產(chǎn)品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)操作、安全事故也非危言聳昕，應(yīng)引起足夠的重視。為此，嚴(yán)格的工藝管理方法、安全制度，保證了配料系統(tǒng)投產(chǎn)以來(lái)安全順利生產(chǎn)至今。 4 結(jié)語(yǔ)市場(chǎng)需要高質(zhì)量的聚氨酯防水涂料，高質(zhì)量依托于高水平的生產(chǎn)配料系統(tǒng)、員工素質(zhì)和工廠管理。生產(chǎn)高質(zhì)量聚氨酯防水涂料對(duì)各方面水平相對(duì)薄弱的防水企業(yè)是考驗(yàn)和提高。為保證聚氨脂防水涂料產(chǎn)品的質(zhì)量，制定相應(yīng)的規(guī)定，規(guī)范管理其生產(chǎn)配料系統(tǒng)也是必要的。 | |
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