MDI生产工艺综述

MDI生产工艺综述一、MDI的生产工艺流程I.G.Farben于1930s首先制得了4,4＇-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），但由苯胺/甲醛缩合制得的同系混合物光气化制备的方法是1954年由Goodyear首先进行的，遗憾的是Goodyear并未将该方法实现商业化，而后于1960s美国的Carwin/Upjohn、欧洲的Bayer和ICI分别独立地发展了此工艺，使苯胺/甲醛缩合制得同系芳胺混合物,经再光气化、分离，制备MDI和PMDI成为今天普遍所采用的工艺方法。MDI的生产工艺流程图如下：基本反应过程如下：1．苯胺与甲醛的缩合反应苯胺与25％～35％的盐酸催化剂首先反应生成苯胺盐酸盐溶液，然后滴加37％左右的甲醛水溶液，在80℃下进行缩合反应1～2h，在升高温度达100℃左右时反应1h，进行重排反应，溶液用苛性钠水溶液进行中和，最后经水洗、分层、水洗、蒸馏等步骤制得含不同缩合度的二苯基甲烷二胺(MDA)混合物。在二胺缩合物中，二苯基甲烷二胺约占混合物的70％，其余多苯基甲烷多异氰酸酯组分约占30％。根据各制造商生产工艺条件的不同，其混合物的组份不完全相同。在苯胺与甲醛的缩聚反应中，苯胺氨基上的氢原子比较活泼，易与甲醛进行低温缩合，经分子重排也生成相应的胺的盐酸盐。在合成中根据原料配比和工艺艺条件的变化，产物为n=0、1、2···等的混合物，当n=0时，在以后的一系列反应后即生成MDI；当n0时，以后将生成缩合度不等的多苯基甲烷多异氰酸酯（PAPI）。2．二胺缩合物的光气化反应二胺缩合物的光气化反应，在工业上通常分为低温光气化和高温光气化二段进行。在低温光气化阶段，主要是使二胺与光气、氯化氢反应生成相应的二胺酰胺盐和盐酸盐。在高温光气化阶段，主要是使二胺的酰胺盐和盐酸盐转化成相应的异氰酸酯。在工业生产中，MDI和PMDI产品主要是根据上述反应合成出粗品MDI。然后，它们必须经过脱气、高真空蒸馏、提纯、分离等后处理工序，生产出纯MDI和不同缩合度的PMDI产品。3．产品的稳定和改进MDI产品的分离提纯是确保产品质量的重要手段。为保证产品水解氯含量符合技术指标要求，可以加人乙酰丙酮铜、二氧化铁等处理剂进行处理。由于MDI是一种对热很敏感的化学品，为防止它在长期受热情况下产生自聚反应以及在超过250℃的蒸馏釜中产生高温分解而发生爆炸，通常MDI的蒸馏提纯设备必须具备快速形成很高真空的能力。目前普遍使用比较流行的薄膜蒸馏釜等闪蒸装备，这类设备的特点是产品受热时间短、分离准确、蒸馏效率高。另外，加入某些热稳定剂，也能有助于产品热稳定性的提高。有专利介绍，在纯MDI产品中加入亚磷酸三苯酯和4,4′-硫双(6-叔丁基-3,3′-甲酚)的混合物对MDI有较好的稳定性，贮存不变黄。纯MDI产品在室温下为白色结晶，但它在室温下长期贮存会产生自聚等反应，生成二聚体和脲类不溶性化合物，使产品色泽加深，熔化后液体浑浊，出现不溶性细微颗粒，影响产品品质，并会使制品性能下降。为此，对于纯MDI产品在出厂前应添加0．1％～5％的稳定剂，如磷酸三苯酯、甲苯磺酰异氰酸酯、碳酰异氰酸酯等。但它们的加入，会对聚氨酯制品机械性能和耐水性能有一定影响。据日本专利介绍，含苯环的芳基碳酰异氰酸酯对MDI的稳定性具有良好作用，同时对其制品性能不会产生什么不利影响。此外，还有正碳酸四乙酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四苯酯、铝酸三乙酯、三烷基胺、甲硼烷等也可作为MDI的贮存稳定剂。二、选用MDI应注意的问题1.纯MDI商品是白色至浅黄色固体，其主要化学成份是4,4′-MDI，另外两种异构体是：2,4′-MDI和2,2′-MDI。根据原料配比、各制造商的工艺合成路线不同，蒸馏出来的MDI中3种异构体的含量也有差别。作为工业商品，通常蒸馏生产出的MDI产品中3种异构体的比例控制在如下比例：4,4′-MDI60～99.5%2,4＇-MDI0.5～40%2,2′-MDI0.0～2.0%2.多苯基甲烷多异氰酸酯(Polyphenylmethanepolyisocyanate)实际上是MDI的低聚体。国外习惯按最早UCC公司命名的商品名称，叫做PAPI，目前国内外许多厂家和生产者又称其为PMDI(PolymericMDI，聚合MDI)或C-MDI(CrudeMDI,粗MDI)。PMDI是褐色透明状液体，实际上它是含有不同官能度的多异氰酸酯混合物。通常要求MDI应占混合物总量的50％左右。因所含多苯基甲烷多异氰酸酯的缩合度不一样，除含有总量一半的纯MDI外，还含有缩合度大于l的多异氰酸酯。PMDI的结构成份如下图所示：大多数公司生产的多苯基甲烷多异氰酸酯产品的平均官能度在2.7左右，粘度约在100～300mPa·s之间，其基本物理性能列于下表。即便各公司提供的粗MDI性能指标看上去完全一样，但其内部成份会有所不同，所以，其最终表现出的制品性能也会有差异。故在选择应用时应加以区别。性能指标性能指标一NC0含量／％胺当量酸度(以HCl计)／％水解氯含量／％粘度(25℃)／mPa·S31.5133.50.110.130.20相对密度闪点(开口式)℃蒸气压／×10,1Pa大力气10℃25℃1.20218-3.202.13在实际生产中，各制造商根据产品使用目的、性能要求不同，控制反应工艺条件，可生产出一系列不同牌号的PMDI产品，如：含纯MDI约35％的高聚合度产品，官能度为2.9～3.1；含纯MDI约40％左右的中等聚合度的产品，聚合度约为2.7；含纯MDI约65％的低聚合度产品，官能度为2.2～2.4。