1、聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線工藝裝備及其對生產(chǎn)和質(zhì)量影響諸因素聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線工藝裝備及其對生產(chǎn)和質(zhì)量影響諸因素時間:2013-08-1112:06來源:北京東方雨虹防水工程有限公司作者:陳永初0前言隨著科學技術的不斷進步，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仍視為功能最好的，被譽為液體橡膠，是聚氨酯甲酸酯橡膠的簡稱，具有耐水、耐低溫、拉伸強度高、延伸率大、硬度和模量變化大以及粘結性好、耐磨、耐油、耐化學介質(zhì)腐蝕等特性，廣泛用于各領域的防水。聚氨酯防水涂料在我國的生產(chǎn)和使用也已有20余年的歷史。并自“九五”至今，始終是建設部向建筑業(yè)推廣的產(chǎn)品。北京東方雨虹防水工程有限公司為適

2、應市場對聚氨酯防水涂料的需求和完善防水涂料體系，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聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線自投產(chǎn)至今已累計生產(chǎn)單、雙組份聚氨酯和噴涂型聚脲涂料等近萬噸，產(chǎn)品用于工業(yè)和民用建筑的廚廁間及陽臺、地下室、泳池、污水處理池、地鐵、高速鐵路等多種領域和部位的防水。筆者主持了該生產(chǎn)線的建設，主管生產(chǎn)線投產(chǎn)以來的生產(chǎn)，幾年的生產(chǎn)實踐證明，該生產(chǎn)線系統(tǒng)完善、具有生產(chǎn)多種產(chǎn)品功能、核心設備和控制滿足生產(chǎn)高質(zhì)量涂料工藝條件。本文著重介紹生產(chǎn)線設計、運行情況、對涂料生產(chǎn)及性能影響的主要因素。1生產(chǎn)線工藝技術方案建設一條功能多、規(guī)模大、工藝裝備先進，電器控制

3、現(xiàn)代化，總體技術具有當代國際先進水平的生產(chǎn)線，是本公司聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線設計的目標，也是生產(chǎn)線建設遵循的原則。1.1生產(chǎn)線設計功能及規(guī)模聚氨酯是聚合物主鏈上含有較多氨基甲酸酯基團（_NHCO）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。單組分是通過聚氨酯預聚物的一NCo_-端基和空氣中的濕氣反應而固化成膜，而雙組分是A、B組分按比例混合后，A組分中的一NCO端基和B組分中的催化劑反應而固化成膜。另據(jù)對當時聚氨酯類材料國內(nèi)外市場的調(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

4、種規(guī)格、性能、顏色也有多樣化的趨勢。為使建成的生產(chǎn)線最大限度地發(fā)揮作用，適應市場多品種、高質(zhì)量、大批量的需求，我們確定了生產(chǎn)線設計目標為：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、雙組分建筑密圭寸膏和道橋密封膏等多種產(chǎn)品的功能，設計規(guī)模為年產(chǎn)5000t（工藝管道等配套系統(tǒng)能力按年產(chǎn)1萬t，主設備預留位置）。1.2生產(chǎn)線系統(tǒng)構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化學反應過程，按其組成和工藝應屬于精細化工產(chǎn)品，對配比、工藝控制參數(shù)、操作步驟要求極為嚴格。為此，我們對生產(chǎn)線建設做了充分的前期調(diào)研，對國外聚氨酯涂料工藝裝備進行了深入地了解和考察，在此基礎上確定的生產(chǎn)線

5、由液料貯存、計量及輸送管道、反應釜、抽真空系統(tǒng)、充氮保護系統(tǒng)、供熱和冷卻系統(tǒng)，廢氣和清洗液回收處理系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、自動包裝系統(tǒng)構成。為節(jié)省建設投資，單、雙組分反應釜是分開設置，工藝管道系統(tǒng)等配套系統(tǒng)為共用。1.3生產(chǎn)線工藝流程（見圖1）2核心設備及計量和控制系統(tǒng)的技術特點保證聚氨酯涂料生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的核心設備是反應釜和計量和控制系統(tǒng)。我們在消化吸收國外先進技術的基礎上，結合本生產(chǎn)線對功能、規(guī)模及總體技術水平的目標要求，在設計思路上大膽創(chuàng)新并獲得了成功。2.1反應釜聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線的核心設備為5個有效容積3m和3個1m3的雙攪拌、雙螺旋換熱反應釜。其結構如圖2所示。聚氨酯生產(chǎn)是一個較為

6、復雜的物理、化學過程，改善其傳質(zhì)、傳熱過程非常重要，特別是對反應速度相對較慢和存在一定程度逆反應的有機反應更為關鍵，如何保證參和反應的各組分在反應釜中充分、均勻的混合，盡可能增大參和反應組分的傳質(zhì)界面和保證反應釜內(nèi)各層面的溫度基本一致，是保證反應速度和反應程度的關鍵?？紤]聚氨酯各組分具有一定的黏稠度，1600的反應釜依靠單一的高速攪拌型式不能很好地解決問題。本反應釜參照國際先進水平除設置750r/min變頻調(diào)速高速槳式攪拌外，同時還配置了50r/min錨式低速刮邊攪拌，以保證刮邊效果。錨式攪拌葉和反應釜壁之間為僅5mm的均勻間隙，反應釜和攪拌器的制作都具有不小的難度。依靠和化工設備專業(yè)制造廠家

7、的密切合作，設備較好地達到設計要求。聚氨酯生產(chǎn)同時也是一個反復的升溫、降溫過程：聚醚升溫脫水、降溫反應、反應放熱升溫（需及時移走熱量）、降溫出料等。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)工藝條件的要求對各階段的溫度控制和持續(xù)時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。但我公司沒有蒸汽鍋爐，如果因為此生產(chǎn)線的需要增設蒸汽鍋爐，在項目投資、人員配備、管理等各方面都要增加較大的投入。經(jīng)過反復斟酌，最后創(chuàng)造性地采用了雙螺旋加熱、降溫方式，采用一路螺旋通導熱油加熱，一路螺旋通冷卻水降溫來滿足工藝條件的要求。較好的保證了生產(chǎn)各階段對溫度控制的要求和升降溫速度。相比夾套式反應釜，螺旋本身可以起到加強

8、筋的作用，降低了對反應釜的要求、提高了反應釜的承壓能力。2.2計量和控制對加入反應釜的各種原材料精確可靠的計量和對生產(chǎn)各過程先進有效的控制手段無疑是充分發(fā)揮設備和系統(tǒng)作用，最終保證生產(chǎn)順利進行和最終產(chǎn)品質(zhì)量的必要因素。本生產(chǎn)線控制系統(tǒng)PLC采用德國SIEMENS公司S7300系列產(chǎn)品，保證了該系統(tǒng)技術的先進性和穩(wěn)定性。選用EASY-VIEW公司彩色觸摸屏作為人機界面；高速分散采用LG公司變頻控制，高速攪拌器可以從0-750r/min任意調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)各階段對攪拌速度的不同要求，從而保證整個控制系統(tǒng)的可靠性。PLC從現(xiàn)場儀表采集速度、溫度、壓力、流量、閥門開關及設備運行狀態(tài)等信號，通過RS48

9、5接口實現(xiàn)和人機界面實時快捷的信息交換。為保證可靠性，所有溫度、壓力等工藝指標均采取遠程和現(xiàn)場測量顯示2套系統(tǒng)。通過現(xiàn)場工藝參數(shù)測量一信號傳輸一集中顯示和程序控制一信號反饋一現(xiàn)場執(zhí)行的過程，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程溫度、壓力的自動控制和調(diào)節(jié)。主要液料的計量一般采用渦街流量計，計量精度在0.5級以上。操作人員在輸送液料前設定需要的量，然后按動啟動按鈕，閥門自動打開，液料泵自動啟動輸送液料，當液料達到設定值時，液料泵自動停止、自動控制閥門自動關閉，整個液料輸送過程均自動完成，無需人為干預。為保證計量的準確性，我們還為每個反應釜配置了進口電子稱重計量系統(tǒng)，對經(jīng)一次計量后加入反應釜的原材料用量進行二次計量校核，

10、其精度可達土0.5kg。同時，為保證最終出廠的產(chǎn)品計量準確，本生產(chǎn)線設置了成品自動罐裝機，罐裝和壓蓋的整個過程均自動完成，精度為土10g。3影響生產(chǎn)及涂料性能諸因素。3.1生產(chǎn)線運行情況2004年5月生產(chǎn)線建成投產(chǎn)，通過3年生產(chǎn)實踐證明，生產(chǎn)線達到了設計目標和要求，總體技術在國內(nèi)自主設計制造的聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線中具有技術領先的水平。生產(chǎn)了近萬噸涂料，主要品種有SPU301單組分和SPU一311雙組分聚氨酯防水涂料、SPU一361高強聚氨酯防水涂料、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)保性能均達到和超過相關標準要求。產(chǎn)品不但用于建筑防

11、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，在設備、配方和原料質(zhì)量保證前提下，生產(chǎn)過程還有很多需要重視的因素。3.2.1原材料的貯存和運輸原材料是質(zhì)量保證的前提，保證原材料的質(zhì)量除優(yōu)選供應商外，值得重視的還有原材料貯存和運輸，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，每個貯存罐內(nèi)設節(jié)能型加熱器，輸送管道采用導熱油伴熱，TDI原料低溫貯存會使其作用衰減，故設置了恒溫烘房和單獨的上料問，鑒于TDI是有毒原料，我們建立了嚴格的領用制度。3.2.2加料全過程計量準確涂料

12、的制各原料分為粉料和液料2類，液料傳送均為PLC控制自動計量，并按黏度選擇不同的流量計，黏度大的用容積式流量計，黏度小的用渦街流量計，因反應釜均配有稱重計量系統(tǒng)，所以輸送管道均采用耐高溫金屬軟管連接，對于直徑大于40mm的軟管在和反應釜連接部位采取水平連接，避免造成稱量誤差。3.2.3反應釜控溫和控壓聚氨酯防水涂料生產(chǎn)過程中各階段對溫度、壓力的工藝指標要求較嚴，我們針對遠傳壓力儀表可靠性不高的問題，設置了現(xiàn)場壓力表，即使對熱電阻這樣可靠性較高的儀表，也設置了現(xiàn)場測溫裝置，以確保對生產(chǎn)過程工藝指標的控制萬無一失，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)中脫水是關鍵工序

13、，尤其是單組分在加入液料和粉料后，加入TID進行反應前，必須進行真空加熱、抽氣、脫水，脫水過程中反應釜溫度應控制在100C以上直至水分降至工藝要求水平。攪拌也是制備涂料的關鍵因素，通過攪拌使各組分問（液一液之間、液一固之間）混合均勻使反應充分，在粉料加入、TID加入時均快速充分攪拌。由于攪拌過程中摩擦生熱，所以要采取散熱措施，使物料穩(wěn)定在工藝要求。3.2.5氮氣保護對于單組分涂料的制備，充氮系統(tǒng)在整個生產(chǎn)工藝中十分重要，它給反應釜提供保護，在出料時將氮從反應釜上方充入，將聚氨酯產(chǎn)品和空氣中水分隔開，從而保護聚氨酯。3.2.6嚴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)，是完全意義上的化工生產(chǎn)。對人員素質(zhì)的要求、管理上的嚴格規(guī)范和操作控制方面的嚴謹準確均非一般防水材料生產(chǎn)可比，如對此沒