濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置的制作方法

本實用新型公開了一種濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置，屬于熱熔膠生產裝置領域。

背景技術：

濕固化聚氨酯熱熔膠(簡稱PUR)是具有氨酯鍵(NH·CO·O)的高分子化合物，末端存在有異氰酸酯基團。PUR不使用交聯劑來進行硬化，取而代之的是藉由樹脂分子鏈末端具有反應性的NCO官能基與濕氣(水)進行反應來達到交聯的目的，一開始NCO官能基先會與空氣或是基材表面的水氣反應生成胺基，同時釋放出CO₂，胺基再與其它的NCO基繼續反應形成具有urea官能基的結構。由于在urea結構中仍具有活性氫，因此還會再與未反應完的NCO基作進一步的反應而生成biuret結構，完成所謂的交聯反應。基本成份為末端帶有活性氫基的多元醇(聚酯、聚醚等)和低分子量的二元醇與異氰酸鹽的加成聚合物。二元醇與異氰酸鹽反應生成剛性分子鏈段(分子間凝聚力)；多元醇與異氰酸鹽反應生成柔性分子鏈段(范德瓦力)。兩種力平衡的結果使得PUR不但強度高、柔韌性也很好。并且異氰酸基與水發生不可逆的交聯反應(尿素鍵、尿基甲酸酯鍵、縮二尿鍵)，形成牢固的黏合層。PUR是在抑制化學反應的條件下，加熱熔融成流體，以便于涂敷；兩種被粘體貼合后膠層凝聚起到粘接作用；之后借 助于存在空氣中或者被粘體表面附著的濕氣與之反應、擴鏈，生成具有高聚力的高分子聚合物，使粘合力、耐熱性等顯著提高。它既有熱熔膠粘劑無溶劑、初粘性高、裝配時定位迅速等特性，又有反應性膠粘劑的耐水、耐溫、耐蠕變、耐濕和耐介質等性能。該類膠粘劑是以NCO端基預聚體作基料，配以與異氰酸酯基不反應的熱塑性樹脂和增粘樹脂以及抗氧劑、催化劑、填料等添加劑，確保產物有較長的適用期和貯存期。

濕固化聚氨酯熱熔膠的性能特點非常突出，應用建筑材料門窗框件異型材包覆等。具有優良的接著牢度，可用于生產室內(木塑、鋁型材)異型材包覆、室外(鋁型材、塑鋼)異型材包覆、PVC/木板貼面、壓克力/木板貼面、PVC/密度板及木塑板貼面的應用等不同用途的產品，具有優良的耐熱，耐低溫，耐老化的性能。濕固化聚氨酯熱熔膠為了因應加工需求，產品具有高初粘力，以縮短定位時間，因此產品設計規格為高黏度及高結晶性，一般黏度規格在40000cps/120℃以上，開放時間在3分鐘以內。由于此特性導致生產過程中仍存在部分技術問題需解決，如：縮短工藝制程，減少洗滌溶劑使用等。現有生產工藝制程長及使用有機溶劑清洗反應釜問題，導致設備運行費用高，尤其是日益嚴格的環保要求及競爭國際化的趨勢，現有工藝制程設備不符合可持續發展的概念。

現有技術中，濕固化聚氨酯熱熔膠為批式反應釜生產，每批生產后須使用溶劑清洗反應釜后再進行下一批次生產，造成生產制程長及大量使用溶劑造成環境污染。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種無須進行反應釜清洗即可進性下一批次生產，不會影響產品質量，可有效縮短批次生產時間及減少反應釜清洗次數及溶劑使用量的濕固化聚氨酯熱熔膠的生產裝置。

濕固化聚氨酯熱熔膠產品最大的優點在于該產品無溶劑系統，不存在溶劑揮發，無VOC的排放；其在室溫下與濕氣發生固化，發生交聯反應，不像其余的熱熔膠系統在二次加熱后，會再次發生可逆反應，其加工制成品主要應用領域如下：

異型材質貼合：PVC與鋁型材貼合，PVC與密度板貼合，PVC與塑鋼、木塑材料貼合。

汽車內飾：在生產汽車內部鑲板上已經被大量的使用，例如護圈(retainer)的接著、天窗鐵框的接著、汽車車燈等，PUR能夠應用在不同的材料上而且能使他們緊密的黏著，例如塑料、金屬、漆器產品的黏著應用。

木材工業：建筑、木工裝板和夾芯板的粘接，而且也可用于金屬、塑料等基材，特別適用于戶外家具、廚房家具、衛浴家具以及建筑門窗等。

過濾器材工業：主要應用在黏著過濾器的頂部與側面外，也可以用在折迭處固定。

為了實現上述產品的應用，使產品具有有高初粘力，以縮短定位時間，濕固化聚氨酯熱熔膠的技術指標如下表1:

表1濕固化聚氨酯熱熔膠的技術指標

由于產品高黏度及高結晶性設計，導致此產品于生產完成后反應釜不易清洗，需浪費大量溶劑進行反應釜清洗后才可進行下一批次生產。此問題造成批次生產時間冗長及耗費大量溶劑洗釜成本增加及產生環保安全問題。為了解決上述問題，提升產品競爭力，本實用新型專利提供設計一種PUR連續生產裝置，該裝置用于生產PUR產品，于批次生產后無須進行反應釜清洗即可進性下一批次生產，不會影響產品質量，可有效縮短批次生產時間及減少反應釜清洗次數及溶劑使用量。

為了實現上述目的，本實用新型是通過如下的技術方案來實現：濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置，包括反應釜、包裹于反應釜外側的反應釜冷卻夾套、連通反應釜冷卻夾套的冷卻水進水管路，其特征在于， 還包括安裝在冷卻水進水管路上的冰水冷交換器，由冰水主機產出冰水，經冰水進水管路進入冰水冷交換器，從冰水冷交換器出來的水由冰水出水管路排出進入冰水主機；所述的冰水冷交換器與冷卻水進水管路連通。

前述的濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置，還包括冷卻水出水管路和冷卻水塔，冷水由冷卻水進水管路進入反應釜冷卻夾套，熱交換后反應釜冷卻夾套的水由冷卻水出水管路排至冷卻水塔，冷卻水塔與冷卻水進水管路連通。

前述的濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置，所述的反應釜頂部設有反應釜投料口，反應釜底部設有卸料包裝口。

前述的濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置，還包括設置于反應釜內的攪拌軸以及與攪拌軸連接的攪拌葉，所述的攪拌葉為上部開口的近似于矩形的結構，攪拌葉的側邊位于反應釜擋板與反應釜內壁之間。

相對于現有技術，本實用新型有益效果如下：使冷卻水溫度控制較低溫度，在包裝結束后對反應釜急速冷卻降溫，使反應釜溫度短時間內降至40℃以下，使反應釜中殘留之濕固化聚氨酯熱熔膠冷卻固化，可立即進行下一批次投料反應。不需進行反應釜清洗，可直接進行二批甚至多批連續生產，待多批次連續生產后再進行反應釜清洗更換不同產品項生產，本實用新型生產裝置有助于減少反應釜清洗次數及溶劑用量，可有效縮短批次反應工藝制程時間，降低生產成本，提高產品競爭力。

附圖說明

圖1為原工藝流程圖示意圖；

圖2為新改進工藝流程圖示意圖；

圖3為本實用新型的生產裝置的結構圖；

圖中：1：反應釜投料口，2：反應釜擋板，3：攪拌軸，4：攪拌葉，5：卸料包裝口，6：冷卻水進水管路，7：冷卻水出水管路，8：反應釜冷卻夾套，9：冷卻水塔，10：冰水主機，11：冰水進水管路，12：冰水出水管路，13：冰水冷交換器。

具體實施方式

為使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本實用新型。

PUR生產制程是采用釜式批次性生產。采用一步法合成工藝：在特定設備中，將聚酯多元醇，鏈延長劑，二異氰酸酯，三種按一定配比混合制成無溶劑濕固化聚氨酯熱熔膠。聚酯多元醇，鏈延長劑，二異氰酸酯控制莫耳比例為1.0：0.7：2.6-3.0，在聚合反應過程中加入各種添加劑(抗氧化劑、觸媒、流平劑，成核劑)以調整無溶劑濕固化聚氨酯熱熔膠特性。本專利使用之抗氧化劑為酚系抗氧化劑，添加比例為總重量的0.2-0.5％，主要用途為防止高溫反應過程中樹脂之熱氧化，觸媒為胺類觸媒二嗎啉二乙基醚，添加量為總重量的0.05-0.1％，流平劑為丙烯酸酯類共聚物高分子，添加量為總重量的0.15-0.2％，成核劑為費托蠟，添加比例為總重量的0.4-0.8％。

基于上述技術配方，PUR產品生產工藝采用反應釜批次生產，首先先以卡爾費休式(Karl-Fischer)水分測定儀檢測物料所含的水分值，確認聚酯多元醇，鏈延長劑水分值含量符合生產標準300ppm(mg/kg)以下，再將聚酯多元醇，鏈延長劑、抗氧化劑、成核劑加入反應釜中攪拌均勻，將溫度降至55-60℃并通入氮氣維持反應釜微正壓，加入 已計量好熔化之二異氰酸酯MDI，將反應釜升溫并維持反應溫度100-110℃，反應時間不小于2h，反應過程中每隔一段時間檢測異氰酸酯基的重量百分含量NCO％，當NCO％達到設定規格時，向反應釜中加入一定量之觸媒及流平劑，攪拌均勻并將反應釜升溫至110-120℃負壓脫泡并持續反應至反應釜內無氣泡反應結束進行過濾、包裝。

本專利設計主要在批次生產反應結束過濾、包裝后。針對工藝制程及生產裝置進行修改設定，在舊有生產反應釜裝置系統基礎上增加一組冰水降溫設備，在卸料過濾、包裝結束后立馬對反應釜進行急速冷卻降溫，使反應釜溫度短時間內降至40℃以下，使反應釜中殘留之濕固化聚氨酯熱熔膠冷卻固化，由于溫度低且已固化，可防止下一批次投料時新入原料持續與反應釜中殘留之熱熔膠繼續反應，造成產品質量不穩定。待新入原料投入反應釜攪拌均勻加入二異氰酸酯MDI后，再進行升溫攪拌反應，此時升溫可將原本已固化殘留于反應釜之熱熔膠再溶化，并與新入之原料混合均勻，增加反應均一性。如此工藝制程調整可進行二批甚至多批連續生產，批次間無需進行溶劑洗釜動作，待多批次連續生產后再進行反應釜清洗更換不同品項生產，此制程工藝減少反應釜清洗次數及溶劑用量，且由于批次間無需洗釜，可有效縮短批次反應工藝制程時間，降低生產成本。

本新型濕固化聚氨酯熱熔膠的生產裝置及其工藝藉由新增冰水冷降溫設備并調整生產制程工序，于產品批次生產后立即對反應釜進行急速冷卻降溫，使反應釜中殘留之濕固化聚氨酯熱熔膠冷卻固化，防止下一批次投料時新入原料持續與反應釜中殘留之熱熔膠繼續反 應，造成產品質量不穩定。反應釜溫度下降后接續第二批產品生產，無需進行洗釜動作。如此工藝制程調整可重復進行二批甚至多批連續生產，批次間無需進行溶劑洗釜，待多批次連續生產后再進行反應釜清洗更換不同品項生產，此制程工序減少反應釜清洗次數及溶劑用量，且由于批次間無需洗釜，可有效縮短批次反應制程時間，降低生產成本。以目前3噸批次反應釜，每次連續生產10批后再進行一次反應釜清洗，預估可產生效益如下：

1.縮短工藝制程時間：原本產品批次生產制程時間為12小時，包含投料生產反應至包裝完成時間8小時及反應釜清洗時間4小時，因設備增加及制程工序調整后批次生產時間所短為8小時，連續生產10批可縮短制程時間36小時，可減少能源消耗及人工成本投入，增加產能。

2.減少環境污染：連續生產可減少使用溶劑清洗反應釜次數，減少溶劑逸散所造成之環境污染。

3.提升質量：舊制程工序需于批次生產后清洗反應釜，才可接續下一批次生產，如未洗釜則會造成產品質量不穩定。新制程調整后無須進行洗釜仍可維持產品質量一致穩定。

4.降低成本：新設備增加及制程調整后可連續生產，以連續生產10批估算，可減少洗釜次數9次，3噸反應裝置每次需耗用1.5噸清洗溶劑。共可節省13.5噸清洗溶劑，清洗溶劑回收處理費用約2000元/噸估算。則每生產30噸(10批)成品可節省27000元溶劑回收處理成本。換算每公斤產品可下降0.9元，以年產量500 噸估算，可降低成本450000元。

5.雖投入新增設備增加費用，本新型濕固化聚氨酯熱熔膠的連續生產制程及其裝置所產生之效益遠遠大于投入設備所產生的費用。

在圖1中，原生產工藝流程于批次PUR熱熔膠生產包裝完成后，需進行反應釜清洗及烘干工藝，需浪費大量溶劑進行反應釜清洗后才可進行下一批次生產。此問題造成批次生產時間冗長及耗費大量溶劑洗釜成本增加及產生環保安全問題。為了解決上述問題，降低生產成本及提升產品競爭力，在圖2中，本實用新型設計一種PUR連續生產工藝流程，該工藝于生產PUR熱熔膠產品包裝完成后，無須進行反應釜清洗，而是用新增加之冰水降溫設備立即對反應釜進行急速降溫，使反應釜中熱熔膠固化，立即再進行下一批次投料生產生產，如此省去反應釜清洗及烘干工藝，可有效縮短批次生產時間及減少反應釜清洗次數及溶劑使用量。

為減少反應釜清洗及烘干工藝，如圖3所示為新型濕固化聚氨酯熱熔膠生產裝置。反應釜底部設有卸料包裝口5。使用本實用新型專利設備生產PUR產品具體操作方式如下，在圖3設備中，首先由反應釜投料口1投入計量后的原料，開啟電機馬達轉動攪拌軸3，由于反應釜擋板2及攪拌葉4的交互作用可使原料攪拌均勻并開始反應。反應時間不小于2h，反應過程中檢測異氰酸酯基的重量百分含量NCO％，當NCO％達到設定規格時，由反應釜投料口1加入定量之觸媒及流平劑，持續攪拌并將反應釜升溫至110-120℃負壓脫泡至無氣泡反應結束進行包裝。包裝結束后反應釜溫度高無法立即進行投料生 產，開啟冷卻水進水管路6將冷卻水通入反應釜冷卻夾套8進行降溫，熱交換后冷卻水由冷卻水出水管路7排入冷卻水塔9。一般冷卻水之溫度約30-35℃不利于反應釜降溫，因此在冷卻水進水管路6上加裝冰水冷交換器13，由冰水主機10產出冰水，經冰水進水管路11進入冰水冷交換器13將冷卻水溫度再降至10-20℃，最終由冰水出水管路12排出進入冰水主機10循環操作。如此操作可使冷卻水溫度控制較低溫度，在包裝結束后對反應釜急速冷卻降溫，使反應釜溫度短時間內降至40℃以下，使反應釜中殘留之濕固化聚氨酯熱熔膠冷卻固化，可立即進行下一批次投料反應。如此工藝制程不需進行反應釜清洗，可直接進行二批甚至多批連續生產，待多批次連續生產后再進行反應釜清洗更換不同產品項生產，本實用新型專利生產裝置及工藝流程減少反應釜清洗次數及溶劑用量，可有效縮短批次反應工藝制程時間，降低生產成本，提高產品競爭力。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。