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從20 世紀80 年代開始，聚氨酯防水涂料因其優異的性能得到迅速發展，尤其經過90 年代快速推廣應用后，其用量不斷增加，在防水涂料中的占比也不斷上升。
從20 世紀80 年代開始，聚氨酯防水涂料因其優異的性能得到迅速發展，尤其經過90 年代快速推廣應用后，其用量不斷增加，在防水涂料中的占比也不斷上升。
近幾年來，濰坊市宏源防水材料有限公司業務不斷擴大，之前的聚氨酯防水涂料生產線已無法滿足要求。為了減少工人勞動強度、提高產品品質，公司決定在山東生產基地新建一條高自動化程度、安全環保的聚氨酯防水涂料生產線。在綜合了中國建筑科學研究院專家提供的先進設計理念和原有聚氨酯防水涂料生產線運行經驗后，從2013 年10 月到2014 年3 月，歷經5 個月的設計、安裝、調試，公司建成投產了一條年產3 萬t 聚氨酯防水涂料的生產線。該生產線的設計理念和生產水平都處于國內先進水平，自投產以來，公司的聚氨酯防水涂料產品性能和質量穩定性都有了很大提高。本文就該生產線的設計理念和關鍵工藝的改進等幾個方面，作一簡要介紹。
1 設計理念
1.1 生產線設計要求
1.1.1 產能設計要求
單組分聚氨酯防水涂料年生產能力2 萬t，雙組分聚氨酯/聚脲防水涂料年生產能力1 萬t，滿足公司日益增長的產量需求。
1.1.2 質量設計要求
保證聚氨酯/聚脲防水涂料的生產穩定性，產品性能優異，符合GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》和GB/T 23446—2009《噴涂聚脲防水涂料》的要求，為客戶提供優質的聚氨酯/聚脲防水涂料。
1.1.3 生產線操作設計要求
設備實現電氣控制自動化，操作簡便，計量精確，中間過程具有可控性；有效減少人工操作，減輕工人勞動強度。
1.1.4 生產線環保設計要求
通過對真空脫水產生的氣體進行處理，降低氣體中有毒物質的含量，減少環境污染；對粉塵進行有效吸附，建立無塵車間，給工人提供一個健康的工作環境。
1.2 生產功能劃分
1.2.1 原材料儲存區
預聚體的合成是聚氨酯防水涂料的基本反應，含活潑氫的化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）和含異氰酸酯基（—NCO）的二元或多元有機異氰酸酯是聚氨酯防水涂料的主要原材料[2] 。聚醚多元醇型聚氨酯因其性能上的優勢，是目前主流的聚氨酯涂料產品，本公司生產的單組分聚氨酯防水涂料和雙組分聚氨酯防水涂料均選用了山東藍星東大化工有限責任公司生產的聚醚DL-2000D 和EP-330N。本公司在原料安排上，液體原材料罐區的4 個150 m3 不銹鋼儲罐分別儲存了聚醚DL-2000D、EP-330N 以及另外2種主要液體填料氯化石蠟和芳烴油，同時剩余2 個儲罐備用，以應對配方的調整。4 個儲罐中的原料都可以通過中控計量泵精確地輸往各個配料罐。粉料是涂料的次要成膜物質，是制備聚氨酯防水涂料不可缺少的原料。而聚氨酯生產過程中的水分主要來自于粉料，粉料含水率過高，將影響產品的儲存穩定性，使產品逐漸變稠，以致因黏度過高而無法使用。所以，公司在新涂料車間二層建立了1 100 m2 的粉料倉庫，防止粉料儲存時吸收地面的濕氣，特別是夏季。同時鋪設了蒸汽回流管道，有效利用蒸汽熱量對粉料進行烘干。
1.2.2 溫控設備區（加熱、冷卻）
新聚氨酯防水涂料生產線采用鍋爐蒸汽加熱，設備選型時，出于環保節能的考慮，選用了新型燃煤蒸汽鍋爐。鍋爐采用上燃機理設計，達到燃煤鍋爐的煙塵排放要求，可在一類環保地區使用，無噪聲擾民。燃煤蒸汽發生器與燃油、電加熱蒸汽鍋爐相比，可以減少30%的能耗，蒸汽發生器的受熱面積能達到92%，再加上配套的省煤器，使所產生的熱量能夠被鍋爐充分吸收，大大節省了鍋爐的運行成本。
老生產線上的聚氨酯反應釜采用冷導熱油降溫，效率很低，特別是在夏季，反應釜要從115 ℃降溫到80 ℃，需要150 min 左右。新聚氨酯生產線安裝了夾套，采用冷水降溫，反應釜從115 ℃降溫到80 ℃只需70 min，大大縮短了降溫時間，提高了生產效率。
1.2.3 真空設備區
含水率是聚氨酯防水涂料生產過程中最需要控制的指標。由于水的相對分子質量只有18，含有2 個羥基，相同質量的水和聚醚DL-2000D 所能消耗的—NCO 的數量相差100 多倍，所以在合成聚氨酯預聚體時，要避免水分的參與，防止多余的水分消耗—NCO，導致聚氨酯涂料變稠發黏。這就是聚氨酯原材料需要脫水的主要原因。
真空設備需要穩定的工作可靠性，來保證原材料的脫水效果。新聚氨酯生產線采用了兩臺水環真空泵，其吸氣均勻，工作平穩可靠，維修方便；且結構緊湊，泵的轉數較高，可與一般電動機直聯，無須減速裝置，用小的結構尺寸就能獲得大的排氣量。聚氨酯原材料在真空脫水時有可能被抽出，所以每個聚氨酯反應罐都安裝了緩沖罐，用來檢查物料是否被抽出，同時也起到儲存作用。
1.2.4 液壓設備區
新生產線設計時就定位于具有國內先進水平的聚氨酯生產線，所以大部分的控制點都采用電氣控制代替了人工操作。某些重要的操作點，如放料閥，則同時保留了人工操作與氣動閥控制，防止氣動閥出現故障時無法進行有效操作。
氣動閥的工作需要借助壓縮空氣驅動，而且新聚氨酯生產線基本使用隔膜泵輸送，所以空壓機的工作穩定性就至關重要。我們選用了具有極佳動力平衡特性的雙螺桿空壓機，它由電動機直接驅動壓縮機，使曲軸產生旋轉運動，帶動連桿使活塞產生往復運動，引起氣缸容積變化。由于氣缸內壓力的變化，通過進氣閥使空氣經過空氣濾清器（消聲器）進入氣缸；在壓縮行程中，由于氣缸容積縮小，壓縮空氣經過排氣閥的作用，經排氣管、單向閥（止回閥）進入儲氣罐，當排氣壓力達到額定壓力0.7 MPa 時由壓力開關控制而自動停機，而當儲氣罐壓力降至0.5～0.6 MPa時壓力開關又自動聯接啟動。圖1 為聚氨酯某反應釜中控操作圖。
1.2.5 生產設備區
新聚氨酯涂料生產線共有19 個搪瓷反應釜，其中6 個6 m3 的反應釜（1#—6#）生產單組分聚氨酯防水涂料，4 個3 m3 的反應釜（9#—12#）作為單組分聚氨酯的配料罐，7#、8# 釜（5 m3）作為單組分聚氨酯的研磨儲罐。17#、18#、19# 反應釜（3 m3）生產雙組分聚氨酯的A 料，2 個5 m3 的反應釜（15#、16#）生產雙組分聚氨酯的B 料，13# 反應釜作為雙組分聚氨酯的B料配料罐，14# 反應釜作為雙組分聚氨酯的B 料研磨儲罐。每個搪瓷反應釜都裝有4 個壓式稱重模塊，可以將釜體的質量信號傳至中央控制器，經過計算之后，將釜體的質量顯示在反應釜數據箱及中控LED屏上。圖2 為新聚氨酯涂料車間中控系統圖。
新聚氨酯涂料生產線裝有3 臺立式砂磨機，配好的漿料通過隔膜泵進入砂磨機，然后漿料中的固體物料被研磨細化后從篩孔流出。砂磨機筒體部分配有冷卻裝置，防止筒內因聚氨酯漿料、研磨介質和圓盤等相互摩擦所產生的熱量影響產品質量。
1.2.6 成品存放區
聚氨酯防水涂料屬于化工產品，不得存放于生產車間，以免發生事故。新聚氨酯防水涂料車間配備了3 000 m2 的成品庫房，按產品種類劃分區域，放置標示牌。產品統一碼放于托盤上，并設有叉車通道，方便存取。
2 關鍵工藝的改進
2.1 分段式生產
老的聚氨酯防水涂料生產線，配料、脫水、反應工序都是在一個反應釜內進行，必須等上一工序完成，才能進行下一工序，生產效率較低。新生產線將聚氨酯防水涂料的生產工藝劃分為配料、研磨、反應三個階段，使三個階段互不影響，可以同時進行，有效地利用了工作時間。比如，聚氨酯原材料脫水時間很長，一般在3~4 h 左右，之前這段時間無法得到利用，現在工人可以在這段時間進行下一班的配料和研磨，實現了連續生產。圖3 為單組分聚氨酯防水涂料生產工藝流程，圖4 為雙組分聚氨酯防水涂料生產工藝流程。
2.2 細節工藝的改進
新聚氨酯防水涂料生產線在很多細節上作了改進。
聚氨酯原材料在配料罐內配制好后，形成的漿料黏度很高，若使用普通離心泵，則打料速度慢，因為離心泵的工作點是以水為基準設定好的，如果物料黏度稍高，則需要配套減速機或變頻調速器，這樣成本就大大提高了，對于齒輪泵也是如此。所以新聚氨酯涂料生產線采用了適合中高黏度物料的隔膜泵，由于隔膜泵用空氣作動力，流量可以隨背壓（出口阻力）的變化自動調整。
針對聚氨酯前期漿料黏度大、不利于輸送的特點，新聚氨酯涂料生產線還安裝了換熱器，通過提高漿料的溫度來降低黏度，保證漿料不會因在管道內散熱而使黏度過高。
新聚氨酯涂料生產線的單組分聚氨酯反應罐（1#—6#）和雙組分聚氨酯A 料反應罐（17#—19#）都裝有滴加罐，可以通過質量流量計，勻速滴加TDI-80，控制反應速度。實驗證明，控制TDI-80 的滴加速度可以使產品的拉伸強度提高10%。
3 結語
新型聚氨酯（含聚脲）防水涂料生產線依托先進的設計理念和工藝設備，既實現了自動化的生產，又節省了人工成本，班組人員從10 人減為5 人。其生產運行表明，下線的聚氨酯防水涂料質量穩定、性能優良，處于國內先進水平，為宏源防水材料有限公司提高防水涂料市場占有率提供了可靠的保證。
