Производство материалов на основе полиуретанов методом жидкого формования

Процесс смешения позволяет изменить свойства основы полимеров за счет распределения в ней компонентов рецепта, которые регламентируют технологические свойства смесей, а также эксплуатационные свойства продукта. Этого достигают путем организационного и аппаратурного оформления процессов смешения, обеспечивающих оптимальное распределение и дисперсностькомпонентов, ответственных за структуру и свойства продукции. Качество выполнения операций подготовительного цикла вомногом определяет эффективность проведения основных операций и технологического процесса в целом. Операции основного производства включают калибрование (формование) композиций, термообработку и охлаждение смесей и полуфабриката, отделку материалов (основной цикл).Операции калибрования (формования) композиций проводят с целью придания формы и обеспечения контролируемыхпоказателей физико-химических свойств продукции, отвечающих требованиям стандартов, путем профилирования, дублирования, конфекции различных слоев систем сприменением оборудования непрерывного или периодического действия с последующей фиксацией товарной (выпускной) формы продукциифизическими или химическими методами. Операции термообработки проводят с целью придания пластичности полимерным композициям, удаления растворителяпутем сушки, вспенивания и образования пористой структурыматериалов, химического сшивания термореактивных композиций, стабилизации линейных размеров полимерных пленок ирезин пористой структуры и т. д. Отделочные операции проводят с целью придания продукции привлекательного внешнего вида, обеспечения комплексаее эстетических свойств, отвечающих требованиям моды иконъюнктуре спроса путем окрашивания, нанесения печати, тиснения, матирования и т. д. с одновременным устранением некоторых мелких технологических дефектов. Учитывая необходимость постоянного повышения эффективности производства полимерных пленочных материалов и искусственных кож за счет снижения материало-, трудои энергоемкости, необходимо научно обоснованное применение комбинаций основных и вспомогательных компонентов рецептав новых технологических процессах, эффективного основного ивспомогательного оборудования. При разработке технологической схемы необходимо стремиться к тому, чтобы принцип направленного структурообразования был реализован на возможно более ранней стадии формирования полимерной системы с максимальным использованием физико-химических свойств сырья, включая товарнуюформу поставки. Так, например, методом спекания порошков.

ПВХ по «короткой» схеме получают паропроницаемые подкладочные материалы для обуви, чего нельзя достичь в условияхтрадиционного каландрового производства. Учитывая ограниченность природных источников сырья длясинтеза полимеров, а также энергии, работа предприятия должна быть организована в замкнутом контуре, т. е. в условияхполного использования отходов и остатков производства, рекуперации и ректификации растворителей, улавливания газообразных и других продуктов, которые могут нанести ущерб окружающей среде. Несмотря на то, что переработка отходов в специальных цехах позволяет в известной мере компенсировать производственные затраты, наибольшей эффективности соответствует выпуск побочной продукции, получаемой из вторичного сырья. ФОРМОВАНИЕОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССАПод формованием понимают совокупность технологическихопераций получения из исходного сырья или полуфабрикатаконечного изделия с заданными формой, размерами и свойствами. Одновременно с формованием происходит формированиевнутренней структуры материала, включающее ряд химическихи физико-химических превращений:

Вулканизация;

если этонеобходимо, желатинизация;

фазовое разделение раствора. Приведенные выше превращения завершаются на последующих стадиях поддействием высоких или низких температур. Выбор способа формования зависит от вида получаемых изделий и природы перерабатываемого материала и в свою очередь определяет требования к оборудованию. Формование может осуществляться по непрерывной схеме, когда в результатеполучают пленки, покрытия и другие изделия «бесконечной"длины, либо по периодической схеме, когда за один цикл отпрессовывается или отливается единичное изделие, напримеррезиновые пластины, детали низа обуви (подошвы, каблуки, задники, подноски и т. п.), листы картона и др. Формование должно придать изделию, получаемому из вязкого раствора, дисперсии или расплава, не только требуемыеформы и размеры, но и стабильность. В зависимости от типаполучаемых материалов и изделий различают способы формования: Пленок и покрытий искусственных кож (пленкообразование);Материалов для низа обуви, искусственных кож типакартона. МЕТОД ЖИДКОГО ФОРМОВАНИЯПроизводство материалов из полиуретана методом жидкого формования является наиболее современным и совершенным с технической, энергетической и экономической точек зрения и позволяет минимизировать число технологических операций. Особенностями данного метода являются:

высокий технический уровень производства;

уменьшение матриалоемкости;

уменьшение длительности процесса производства;

сокращение количества компонентов рецепта, которые смешиваются в основном производстве (смесительных головках).Улучшение условий труда за счет сокращения теплои газовыделений в рабочее пространство, а также за счет снижения рабочих температур;

Улучшение качества формования, стабильности размеров пористых формовок и воспроизведения рисунка за счет газонаполнения в области пластических формаций;

Простота регулирования эстетических и физико-механических свойств деталей низа за счет возможности широкого варьирования рецептов;

Применение автоматического управления процессов дозирования и тщательного контроля параметров производства;

Необходимость тщательной оптимизации рецепта производства вследствие высокой стоимости сырья. Основные конкурирующие направления применения метода жидкого формования композиций: получение микроячеистых пенополиуретановых (ППУ) подошв и получение микроячеистых.

ППУ-подошв с одновременным приформовыванием к верху и другим элементам обуви, установленным в форме. Первое направление имеет преимущество за счет широкой возможности применения в традиционных условиях производства обуви, простоты пресс-форм и невозможности порчи продукта при отклонении параметров процесса от заданных величин. Преимуществом второго является минимизирование длительности процесса изготовления продукта, существенная экономия сырья, энергии и труда — технологически более совершенное направление. РЕЦЕПТЫ СМЕСЕЙОсновным сырьем при получении пористых подошв для обуви являются олигомеры, удлинители цепи и диизоцианаты, а катализаторы пенообразователи и эмульгаторы используются теже, что и при производстве эластичных пенополиуретанов. Схемы производства, в зависимости от изоцианантового компонента могут представлять собой:

Одностадийный способ (мономерныйдиизоцианат);Двустадийныйфорполимерный или преполимерный способ (макродиизоцианат или форполимер);Псевдофорполимерный или квазиполимерный способ (смесь мономерныхдии макродиизоцианатов. При одностадийном способе все компоненты смешиваются одновременно, после чего вспенивавются и происходит отвержение композиции. Такие продукты высокопрочны. К недостаткам способа можно отнести сильный разогрев системы при отвержении, различная вязкость мономерныхдиизоциананатов и полиольного компонента и существенная различность величин дозируемых объемов. При двустадийномфорполимерном способе гидроксильные соединения образуют преполимер, взаимодействуя с избытком диизоцианата (—N00:—ОН = 2: 1). На основной стадии производства необходимо смешение преполимера с полиэфиром, удлиняющим цепь, вспенивателем (водой) и другими добавками после дозирования в формы, в которых происходит вспненивание и отверждение композиции. Недостатком этого способа можно указать пониженную прочность и твердость. Как следствие данный способ обычно применяют для получения эластичныхпенополиуретанов. Взаимодействия одной части полиэфира с изоцианатом, образуя преполимер, а второй части с остальными добавками, образуя компонент Б лежит в основнепсевдопреполимерного способа (см. рисунок 2). Низкая вязкость компонента, А облегчает проведение предварительного и основного смешения, потому что часть полиолавзаимодецствует со всем количеством диили полиизоцианата. Псевдопреполимерный способ является основным в производстветак как обеспечивает следующие преимущества по сравнению с двумя предыдущими:

Быстрое смешение компонентов, А и Б в следствие их примерно равной вязкости;

Отсутствие сильногосаморазогрева смеси, что способствует образованию мелкой и однородной пористости;

Предельно упрощенная подготовка (к смесительной головке литьевого аппарата подают лишь компоненты, А и Б).В композицию Б можно вводить модифицирующие добавки, не опасаясь из взаимодействия с изоцианатом при хранении. Рисунок 2. Псевдополимерный способ схемы производства. Псевдофорполимер, во избежание неконтролируемого перераспределения концентраций хранят при температуре не ниже 15 °C, а перед запускомв производство его термостатируют при температуре 70 °Св течение 12—14 ч и тщательно перемешивают. При отверждении и вспенивании ППУ соотношение компонентов должно быть задано высокоточно. Это позволяет уведичить жизнеспособность композиций. Массовые количество компонентов нахдят в соответствии уравнениям реакций по эквивалентным массам. Рецепт полиуретановых обувных подошв содержит следующие компоненты:

Псевдофорполимер — преполимер, который представляет из себямакродиизоцианат, получаемый реакцией с олигоэфиром. Полиольные ингредиенты (компонент Б), к которым относятся олигомерные гликоли и удлинители цепи, а также химические (вода) и физические вспениватели (фреоны), а также катализаторы, эмульгаторы, стабилизаторы, ПАВ, вводимые для понижения поверхностного натяжения, регулирования и стабилизации размеров ячеек. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ПОДОШВ ИЗ ППУОсновные стадии производства пористых формовок из ППУ: — приготовление исходных компонентов, А и Б;

— их подогрев и термостатирование;

— дозирование компонентов;

— смешение в смесительной головке литьевого агрегата;

— заливка смеси в форму;

— полимеризация, вспенивание и отверждение композиции;

— извлечение и обработка;

— сортировка и упаковка продукции;

— переработка отходов производства. В литьевую установку для формования жидкого ППУ входят следующие элементы: реакторы для подготовки исходных компонентов, дозирующее устройство, смесительное устройство, узел смены литьевых форм, САУ. Реакторы, устройства дозации и смешения вместе с системой рециркуляции компонентов выделяются в отдельный «шприц-автомат» — узел. Изменение температуры влечет за собой изменение вязкости веществ, что как следствие изменяет производительность дозировочных насосов и влечет за собой нарушение соотношения компонентов, поэтому разогрев и термостатирование в реакторах проводится особенно тщательно. После заполнения компонентами в реакторы (см. Рисунок 3) подают инертный газ для герметизации. Рисунок 3. Общая схема рециркуляции компонентов при производстве пористых подошв из ППУ: 1 — смесительная головка; 2 — приводсмесительной головки; 3 — клапаны; 4 — рециркуляционные насосы; 5 — кран; 6 — дозатор; 7 — привод дозатора; 8 — мешалки; 9 — реактор; 10 — привод мешалки. В реакторе с помощью мешалки и контура рециркуляции, насоса и шланга возврата осуществляется гомогенизация компонентов смеси. Литьевые установки могут делиться на: карусельные, линейные и периферийные. Карусельная установка (см.

Рисунок 4) включает в себя неподвижны шприц-автомат для хозирования, смешения и впрыскивания компонентов, А и Б в полость формы; карусельный стол с формодержателями и формами и САУ. Рисунок 4. Схема карусельного литьевого агрегата для производства ППУ-подошв методом жидкого формования: 1 — формодержатели; 2 — карусельный стол; 3 — смесительная головка; 4 — реакторы; 5 — шприц-автомат.После подачи подготовленной литьевой формы путем поворота стола смесительная головка занимает исходную позицию. С помощью САУ определяется необходимый для заливки в форму объем смеси. После включения дозатора по шлагам из реакторов в смесительное устройство подаются компоненты и происходит заливка смеси в форму. По окончании форма закрывается. Ее температура (50—70 °С) определяется рецептом и видом оборудования. Через равный 20 сек такт подается следующая форма.

Общий цикл начальной полимеризации, вспенивания и отвержения длится 5 минут. Процесс полимеризации, который берет начало сразу после смешения компонентов, А и Б проходит в несколько стадий: «сливкообразование» (смесь на протяжении 10−40 сек еще находится в жидкой форме), вспенивание (до 150 сек) и отверждение — процесс, длинною от 180 до 300 секунд, в течение которого смесь теряет липучесть. Недостатками карусельной установки являются:

быстрый износ формодержателя, вызванный большим количеством тяжелых форм;

— снятие продуктов различных размеров и фасонов в одном месте требует последующей сортировки, а следовательно производственной площади;

Линейные установки состоят из неподвижно установленных в одну линию формодержателей, вдоль которого перемещается шприц. Большая производственная площадь и наличие холостого хода шприц-автомата, снижающее производительность, является недостатоком установок данного типа. Переферийные установки с неподвижным шприцом-автоматом и установленными по окружности формодержателями позволяет совершать поворот вокруг центра и поочередно заполнять формы. Этим вызвано главное преимущество установки, которое заключается в возможности размещения на меньшей площади и не требует значительных усилий на поворот шприца. Существенными недостатками установки являются необходимость перемещения вдоль распылительного пистолета и дополнительные траты времени и сил в случае необходимости закладки внутрь формы супинаторов и вкладышей. Отделка ППУ-подошв с нанесением на поверхность отделочных лаков и последующей сушкой является заключительной операцией производства. Сюда также входит предварительная очистка поверхности подошв от разделительной смазки. Разработка новых фасонов, рецептов и оборудования является неотъемлимой частью совершенствования производства.

Так для увеличения морозостойкости была разработана технология соединения подошв пониженных толщин радиационным способом; был разработан метод литья ПУ под высоким давлением, который позволяет достигать высокой гомогенности смеси и многое другое. Специализированные установки «Монтегацца» позволяет улучшить качество отделки, а для повышения производительности труда в обувном производстве предусматривается нанесение клея на пенополиуретановые подошвы и т. д.Перспективными видами отечественными сырья для описанного в данной главе метода являются отечественные гидроксилсодержащие олигомеры продуктов типа олигобутандиола (на основе которого получают, например, морозостойкие подошвы). Основным видом отходов являются «сливы» и бракованные продукты (подошвы), которые перерабатываются грануляцией модифицированных лубрикантами отходов с последующим литьем непористых набоек; смешением отходов в резиносмесителях с лубрикантами и мягчителями, пластификацией и формованием путем прессования или термокаталитическим гликолизом. Последнее предполагает полчениевторичногополиола с последующим введением в исходную полиуретановую композицию. В отличии от первых двух третий метод более универсален, так как позволяет перерабатывать ППУ-подошвы с закладными деталями и супинаторами в том числе. Отходы производства можно растворять и диспергировать и использовать для формования полимерных покрытий искусственных кож.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе приведена обширная теоретическая основа, определения, классификация полимеров, их структура, свойства и область применения.

Подробно рассмотрены базовые технологические процессы, определена область применения и указаны недостатки и преимущества того или иного вещества при использовании в различных условиях. Отдельно подробно рассмотрен метод жидкого формования и получаемые с его помощью материалы с указанием особенностей и областей применения. Как уже было отмечено в работе, в настоящее время метод жидкого формования является одним из самых прогрессивных для производства материалов на основе пенополиуретанов. Он активно применяется в раде производств, в том числе в легкой промышленности, в особенности (в силу свойств получаемых продуктов) в производстве обувных подошв. Как уже отмечалось в начале данной работы, жизнь современного человека невозможна без полимеров и совершенствование процессов их производства, оптимизация затрат и устранение недостатков является важнейшей задачей. Ведь именно прогресс в данном вопросе непосредственным образом изменит качество жизни каждого человека на Земле в лучшую сторону. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫАндрианова Г. П., Полякова К. А. и др. Технология переработки пластических масс и эластомеров в производстве полимерных пленочных материалов и искусственной кожи. Часть 1.

3-е изд., перераб. и доп. — Москва, Колос.

С, 2008. — 463с. Андрианова Г. П., Полякова К. А. и др. Технология переработки пластических масс и эластомеров в производстве полимерных пленочных материалов и искусственной кожи. Часть 2. 3-е изд., перераб. и доп. — Москва, Колос.

С, 2008. — 447 с. Андрианова Г. П., Полякова К. А. и др. Химия и технология полимерных пленочных материалов и искожи. Часть 1 — 2-е издание, перераб. и доп. — М.: Легпромбытиздат, 1990. ;

304 с. Андрианова Г. П., Полякова К. А. и др. Химия и технология полимерных пленочных материалов и искожи. Часть 2 — 2-е издание, перераб. и доп. — М.: Легпромбытиздат, 1990.

— 311с.Гл. ред. Каргин В. А. Энциклопедия полимеров, т.

1 — 3, гл М., 1972—1977.

Материал из «Википедии. Свободной энциклопедии». [.

https://ru.wikipedia.org]Райт П., Камминг А., Пер. с англ. под ред. док.

хим. наук Н. П. Апухтиной. Л. Полиуретановые эластомеры. — «Химия», 1973.

Саундерс Дж. Х., Фриш К. К., Химия полиуретанов, пер. с англ., М., 1968.