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2 生产方法
2.1 工艺选择[12]
2.1.1 聚氨酯合成方法比较
聚氨酯预聚体的合成方法有预聚体法（二步法）、一步法、半预聚体法等，一般现在的企业中以一步法，二步法为主。
（1） 一步法
一步法是把聚醚二元醇和TDI(甲苯二异氰酸酯)在有机锡催化剂作用下进行合成，是近年来出现了有机锡催化剂后，才得以实现的工业制备方法。这种方法的特点是物料黏度小，便于混合输送，工序少，省能，生产效率高。
（2） 预聚体法（二步法）
预聚体法是一种较老的制备方法，它之所以称为二步法，是在合成之前先将甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇反应生成末端带异氰酸酯基团的预聚体，然后再添加催化剂等助剂。预聚体法工艺比一步法复杂，但优点是合成时内部发热量少，温升低，体系黏度大，稳定性较好，要求不如一步法严格，成品率高。预聚体法有两个特色：一是合成的预聚体必须具有支化度，末端异氰酸基质量分数是9-10%，二是不需要有机锡作催化剂，只需叔胺催化剂。
由于聚氨酯预聚体的黏度要小，末端异氰酸基质量分数是6.23%，而在一步法中，物料的黏度小，生产效率高，而产品要求不符合二步法的特点。因此在本设计中，选用一步法的方法合成聚氨酯预聚体。
2.1.2 聚氨酯与环氧树脂复合方法比较
聚氨酯与环氧树脂的复合方法主要有反应型和非反应型。
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（1） 反应型
反应型，即化学反应，就是聚氨酯预聚体中异氰酸基同环氧树脂反应，包括异氰酸基同环氧树脂链上的羟基（以 EP—OH表示）发生反应：
另外，异氰酸基还可能和环氧树脂链上的
（2） 非反应型
反应，生成噁唑酮。
非反应型，即物理结合，指聚氨酯预聚体与环氧树脂之间是物理结合，PU和EP的复合方面，在性质上二者有一定的互补作用，将二者结合制成聚氨酯一环氧树脂复合材料，能克服各自的缺点，发挥各自的优势，使环氧树脂的性能得到明显的改善。通过二者有机结合使材料的综合性能得到显著提高。
在本设计中，所要求产物的黏度是越小越好，而聚氨酯预聚体的黏度范围比产品所要求的黏度范围小，因此在本设计中，聚氨酯与环氧树脂的复合是采用反应型的方法，通过反应型的方法会增加体系黏度，用稀释的方法降低黏度，这样保证了产品的黏度。
2.2 生产工艺流程
2.2.1 工艺流程示意图
TDI 催化剂 聚醚二元醇 脱水 聚合 端-NCO基 聚氨酯预聚体 端-NCO基 聚氨酯预聚体 合成 稀释 脱泡 环氧树脂
活性稀释剂
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2.2.2 生产过程
（1） 脱水
将聚醚二元醇试剂在脱水装置中，恒温真空（抽真空装置）脱水。
脱水的目的在于防止带有异氰酸酯基团的化合物与水反应，先形成不稳定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳：
通常水分的来源主要是聚醚多元醇中所含的水，其它还有空气中的湿汽、反应器具中残留的水分，主要影响预聚体的粘度、贮存稳定性。水产生的两个副作用是：①与异氰酸酯基反应生成脲基使预聚物粘度增大；②以脲基为支化点进一步与异氰酸酯基反应，使预聚物的稳定性下降，甚至发生凝胶；导致预聚物的粘度大，易产生气泡，流动性差，后期反应困难，最终影响制品的力学性能。所以在制备聚氨酯的过程中要使反应器进烘箱烘干，聚氨酯的储存、使用过程中也要保持干燥、密封状态。
（2） 聚合
当聚醚二元醇脱水结束后，再将脱水后的聚醚二元醇加入到聚合反应釜中，再聚合反应部分搅拌。随后降温，然后加入计量好的2,4－甲苯二异氰酸酯和有机锡催化剂到反应釜中，在常压下，在氮气保护下，升高温度，保持反应温度。反应机理如下：
2,4-甲苯二异氰酸酯和聚醚二元醇反应生成端-NCO基聚氨酯预聚物：
NCOH2OHRNCOOH
NH2CO2(2.2)
胺基进一步和异氰酸酯基团反应生成含有脲基的聚合物：
ONCONH2HHN C N取代脲
此时反应釜中大部分的原料转化为聚氨酯预聚体。
聚合过程是整个生产过程中关键之一。聚合的目的在于合成聚氨酯预聚体，为下一步合成，即聚氨酯预聚体与环氧树脂的复合作准备。
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（3） 聚氨酯与环氧树脂的合成
聚合反应结束后，所得聚氨酯预聚体在氮气保护下升温，控制此温度，加入通过计量泵计量好的环氧树脂E-51,同时加入计量好的催化剂，在合成反应釜中恒温反应。
合成过程是聚氨酯改性环氧树脂中的主体部分，聚氨酯和环氧树脂的复合为了更好的增强了环氧树脂的性能。
（4） 稀释
在合成反应釜中聚醚二元醇和TDI恒温反应后，加入改性环氧树脂总量10％的稀释剂。
稀释的目的：降低产品的黏度，提高流动性，降低成本。
（5） 脱泡
稀释过程结束后，在真空条件下，加热到一定温度，搅拌均匀，除尽气泡。 脱泡的目的：脱出空气，避免气泡丝。
2.2.3 生产设备
脱水：聚合反应釜、真空泵（抽真空装置）、高位槽、冷凝器 聚合：聚合反应釜、搅拌装置、输送泵、氮气装置
合成：合成反应釜、搅拌装置、冷凝器、计量泵、输送泵、氮气装置 稀释：合成反应釜、搅拌装置 脱泡：合成反应釜
另外，本设计还需用到的设备有过滤器，脱泡机，磅秤和贮罐。
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3 生产工艺
3.1 配方
聚氨酯改性环氧树脂配方设计见表3.1
表3.1 配方
原材料名称
TDI(甲苯二异氰酸酯) 聚醚二元醇(210) 有机锡催化剂 环氧树脂（618） 活性稀释剂
质量份 35 100 0.03 1030 116.5
3.2 配方说明
以聚醚二元醇为原料，脱水后的聚醚二元醇与甲苯二异氰酸酯（TDI），在有机锡催化剂作用下，聚合成聚氨酯预聚体，然后和环氧树脂复合，用活性稀释剂来稀释。
制造聚氨酯预聚体的原料来自2个方面：
① 能导入羟基的化合物，主要是聚醚二元醇，聚酯二元醇。
② 能形成端异氰酸基的化合物，主要是甲基二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯。 ③ 聚醚二元醇的分子量为1000，羟基当量为500。 TDI的分子量为174，异氰酸酯当量为87。
本设计中，NCO%为6.23，是当 n（NCO）∶n（OH）= 2∶1时分子量为1000的聚醇，所对应的聚氨酯预聚体中NCO的黏度值，符合设计的任务。
所以采取n（NCO）∶n（OH）= 2∶1进行反应， 以下是配方设计的依据及说明。
m聚醚二元醇mTDI?2＝
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