[发明专利]连续生产热塑性可加工聚氨酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在具有可灵活调节的混合条件的再循环式反应器中连续生产热塑性可加工聚氨酯的方法。

背景技术

热塑性弹性体(TPE)具有大的专业吸引力，因为它们兼顾了硫化弹性体(“橡胶”)的机械性能与热塑性塑料的可加工性。TPE经历重复熔化和重复加工的能力是基于在橡胶中存在的化学交联位点的不存在。

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种类型的TPE并且长时间以来为大家所知道。TPU利用由硬和软嵌段制成的构成来获得它们的弹性性能。硬链段形成用作物理交联位点的畴。与交联的弹性体相比，TPU的结构得到较低的耐热性和在负载卸掉时更低的回弹性，并且这些在某些应用中能够是有利的。总是有利的因素是，与交联的弹性体相比，由于较短的周期时间所带来的较低成本加工，和再循环利用性。

通过不同的化学结构组分的使用能够实现各种的机械性能。TPU和它们的性能和应用的综述能够例如在下面出版物中见到： Kunststoffe 68 (1978),  819-825页或者Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 35 (1982), 568-584页。

TPU一般是由线性多元醇(主要由聚酯多元醇或聚醚多醇)和有机二异氰酸酯和短链二醇组成。当施加机械应力时，从二异氰酸酯和多元醇之间的反应生产的柔性链段用作弹性组分。用作交联点的硬链段(尿烷基团)是通过二异氰酸酯与扩链目的的低分子量二醇的反应来获得的。

结构组分的摩尔比能够在较宽范围中改变，以便调节物理性能。从1:1到1:12的多元醇与扩链剂（二元醇）的摩尔比已证明是成功的。这些将得到肖氏硬度在70 Shore A至75 Shore D的范围内的产品(对于肖氏硬度的定义和测量，参见标准DIN 53505和DIN 7868)。

聚氨酯预聚物或TPU通常是通过使用催化剂来生产的，该催化剂保留在产品中，在其中它对于产品的性能能够具有不利的影响。因此会希望减少在产品中的催化剂含量。

热塑性可加工聚氨酯弹性体能够逐步(预聚物进料方法)或经由全部组分在一个阶段中的同时反应(单注进料方法)来合成。TPU能够连续地或间歇地生产。

文献(参见，例如，DE2823762A1)公开了如下生产方法：其中起始原料首先在混合区中在不发生加聚的低温下进行混合，然后在具有所需反应温度的反应区中彼此反应。混合区和反应区优选利用静态混合器来提供。获得均质产品。

还有如下已知的方法：其中在已经确定反应条件之后进行起始原料的混合。例如，EP1055691B1描述了通过在“单注进料方法”中在至多1秒内将起始原料均匀地混入到具有500 s^-1至50000 s^-1的剪切速率的第一个静态混合器中来生产TPU的连续过程。在第一个静态混合器中达到的转化率是>90%。在第一个静态混合器下游还能够有第二个静态混合器。

DE102005004967A1对于TPU的生产建议将起始原料加入到自清洁双螺杆挤出机中，后者是在高剪切速率下操作的。与静态混合器用作反应器相比的缺点是在双螺杆挤出机中减低的混合作用和热散逸。

在它们的加工和使用过程中，TPU的物理性能和尤其它们的机械性能，是非常重要的。例如，软化行为对于热熔体箔和烧结的产品是重要的，或当热负荷是高的时例如在塑料基材的软钎焊中是重要的。软化行为能够通过热扭曲温度来表征。这些温度是在该温度下当受到外力时试样发生变形直到极限值的温度。各种方法可用于测定热扭曲，例子是Vicat方法(DIN EN ISO 306)或DIN EN ISO 75的方法。

对于具有为某些应用所优化的性能的新型材料有恒定的需求。

EP1068250B1描述了生产TPU的方法，其中产品具有对于许多应用而言是有利的软化行为；尤其，它们特征在于低软化点。在所述的方法中，起始原料首先借助于静态混合器进行强力混合，混合物然后在挤出机中进行反应得到TPU。所述方法的缺点是招致高成本和需求高水平的维护的挤出机的使用。

发明内容

本发明的目的是提供具有低软化点的TPU的简化连续生产方法。所需方法相对于所使用的起始原料应该是灵活的。另一个目的是设计操作参数(如起始原料的通过量、流率、温度，辅助加热系统的温度，平均停留时间)以使得聚合过程顺利地进行并且得到高质量产品。另一个目的是提供TPU，它所具有的催化剂含量与现有技术相比减少。