3. Các Sản Phẩm MDI

Quy Trình Sản Xuất MDI

Trong quy trình MDI, anilin được cô đặc với formaldehyde để tạo ra methylenedianiline (MDA), và MDA phản ứng với phosgene để tạo thành MDI. Tính linh hoạt của quy trình BASF giúp nó có thể kiểm soát và thay đổi các đặc tính của một loạt các sản phẩm MDI. Quy trình này được thiết kế với tính linh hoạt cho phép BASF trở thành nguồn MDI đáng tin cậy cho ngành công nghiệp polyurethane. Hình 2 đưa ra bản tóm tắt về các quy trình sản xuất MDI, TDI và polyether polyol.

Hình 2. Tóm tắt quy trình sản xuất polyurethane đơn thể.

Hình 3 thể hiện cấu trúc phân tử của các phân tử MDI sơ cấp: Polymeric MDI (PMDI) và MDI đơn phân (MMDI).

MDI đơn phân

Polymeric MDI

Hình 3. Cấu trúc phân tử của MDI đơn phân và polyme

Dòng Sản Phẩm, Thuộc Tính Và Các Ứng Dụng Của MDI

MDI có sẵn ở ba loại cấu tạo cơ bản: PMDI, MMDI và MDI đã biến đổi. MDI và các dạng biến đổi của nó là các hóa chất phản ứng được cung cấp dưới dạng chất lỏng hoặc chất rắn. Khi kết hợp với polyol (polyester hoặc polyether), chúng được sử dụng để sản xuất các polyme polyurethane dạng tế bào (có bọt) và dạng không tế bào (đặc) bao gồm hàng dệt, chất phủ, chất kết dính, chất bịt kín và chất đàn hồi (CASE). Sản phẩm BASF MDI có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong phạm vi CASE và các thị trường khác.

PMDI

PMDI là chất lỏng màu nâu, ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng. Nó chứa hỗn hợp các polyaromatic isocyanates bao gồm 2 vòng (MMDI), 3 vòng và các loại có trọng lượng phân tử cao hơn. Khi số lượng các loại có trọng lượng phân tử cao hơn và 3 vòng tăng lên, chức năng và độ nhớt của PMDI cũng sẽ tăng lên. Các sản phẩm PMDI có mật độ xấp xỉ 1,23 g/cm3 ở 77°F (25°C). PMDI bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ trên 446°F (230°C) cùng với sự giải phóng carbon dioxide (CO2). Ở 77°F (25°C), nó có áp suất hơi thấp 10-5 mbar (7,5X10-6 mm Hg). PMDI được coi là có nguy cơ cháy thấp do điểm chớp cháy cao trên 392°F (200°C).

Độ dẫn nhiệt của PMDI giảm với nhiệt độ cho đến xấp xỉ 122 đến 140°F (50 đến 60°C), dộ dẫn nhiệt nó tăng với nhiệt độ (xem Bảng 1). Đặc tính này hơi không điển hình đối với chất lỏng và một phần là do quá trình trime hóa ở nhiệt độ cao. Hằng số điện môi của PMDI là 7.3 ở 104°F (40°C) và 6.5 ở 176°F (80°C). Độ dẫn điện là 1.6 micro-mho ở 200 cPs và 1.2 micro-mho ở 700 cPs. Hệ số giãn nở nhiệt của PMDI là 0.0008/°C. Thông tin nhiệt cụ thể cho PMDI được liệt kê trong Bảng 2.

Bảng 1. Giá trị độ dẫn nhiệt của PMDI.

Nhiệt Độ (°C)	Độ Dẫn NhiêNhiệt (W cm-1 K-1)
22	0.00164
48	0.00139
57	0.00155

Bảng 2. Giá trị nhiệt dung riêng của PMDI 

Nhiệt Độ (°C)	Nhiệt Dung Riêng (J g-1 °C-1)
25	1.469± 0.100
50	1.512± 0.100
100	1.577± 0.070
150	1.675± 0.060

PMDI được sử dụng trong sản xuất bọt polyurethane đóng gói, cứng, có độ đàn hồi linh hoạt và trong một số ứng dụng không tạo bọt như lớp lót thảm, chất kết dính, chất kết dính gỗ tổng hợp, hợp chất vá ván ép và chất kết dính lõi đúc. Các sản phẩm BASF PMDI thường được sản xuất số lượng lớn ở Geismar, Louisiana.

Hỗn Hợp và Dẫn Xuất PMDI

Bắt đầu với các sản phẩm PMDI và MMDI cốt lõi, BASF đã phát triển một dòng hỗn hợp và dẫn xuất isocyanate có thể mang lại các đặc tính tùy chỉnh theo yêu cầu của các ứng dụng cụ thể. Ví dụ: 2,4’-MDI được tăng cường PMDIsPMDI được lựa chọn cho lớp phủ sàn cần thời gian làmgia việccông thêm nhưng cuối cùng vẫn duy trì được khả năng liên kết chéo. Hỗn hợp và dẫn xuất PMDI của BASF có sẵn ở dạng thùng, túi và số lượng lớn.

MMDI

MMDI là vật liệu tinh khiết được chưng cất từ hỗn hợp PMDI. MMDI dùng để chỉ các đồng phân 2,4' và 4,4' của MDI. 4,4'-MDI nguyên chất là chất rắn kết tinh ở nhiệt độ phòng. BASF bán các thùng 4,4’-MDI đông lạnh (dưới 32°F hoặc 0°C) là Lupranate® M và MS isocyanate. MMDI là chất rắn có điểm nóng chảy xấp xỉ 101,3°F (38,5°C) và điểm sôi là 410°F (210°C) ở 7 mbar (5 mm Hg). Trên 113°F (45°C), 4,4'-MDI nguyên chất có thể được vận chuyển và lưu giữ dưới dạng chất lỏng trong tối đa 14 ngày. Nó bắt đầu phân hủy ở xấp xỉ 446°F (230°C). Ở 77°F (25°C), nó có áp suất hơi thấp 10-5 mbar (7,5X10-6 mm Hg). MMDI có mật độ 1.20 g/cm3 và nhiệt dung riêng là 1.39 J/g/°C ở 40°C (104°F). MMDI được coi là có nguy cơ cháy thấp do điểm chớp cháy cao 392°F (200°C). Việc tăng lượng của 2,4'-MDI và PMDI 3 vòng hoặc cao hơn vào trong 4,4'-MDI sẽ tạo ra hỗn hợp là chất lỏng ở nhiệt độ phòng.

MMDI được sử dụng trong vô số ứng dụng nhựa nhiệt dẻo và nhựa đàn hồi đúc và là nguyên liệu ban đầu cho nhiều loại sản phẩm MDI biến tính. Nó cũng được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ, chất kết dính, chất bịt kín và sợi tổng hợp. Danh mục sản phẩm của chúng tôi hiển thị một số biến thể trong kiện hàng phân phối đồng phân và chất ổn định có sẵn trong dòng sản phẩm MMDI.

MDI Biến Đổi Carbodiimide

Do những khó khăn trong việc xử lý và bảo quản liên quan đến 4,4'-MDI nguyên chất, BASF thường sử dụng phương pháp hóa học carbodiimide để điều chỉnh và ổn định MMDI. Các isocyanate biến đổi bằng carbodiimide là chất lỏng ổn định và trong suốt ở nhiệt độ phòng. Một phần của MMDI được phản ứng để tạo ra isocyanate được biến đổi bằng carbodiimide với trọng lượng NCO tự do nằm trong khoảng từ 29,2% đến 29,5%. Việc biến đổi carbodiimide dẫn đến sự hình thành các loại uretonimine ba chức năng, bằng cách phản ứng với một số MMDI kháchức nhaunăng còn lại. Do đó, isocyanate biến đổi carbodiimide thương mại thường được liệt kê như chức năng 2.1. Các sản phẩm MDI biến đổi Carbodiimide được sử dụng trong các bộ phận thân máy móc tự động bằng polyurethane đúc bằng phun phản ứng (RIM), chất đàn hồi vi tế bào, bọt nguyên khối, bọt mềm, chất kết dính, chất phủ, chất bịt kín và chất đàn hồi đúc hai thành phần.

MDI Prepolyme (Quasi-)

BASF cung cấp MDI Prepolyme (Quasi-) dựa trên phản ứng của MMDI, PMDI và/hoặc MDI biến tính carbodiimide với nhiều loại nhựa, bao gồm polyether, polyester, PolyTHF® và các loại nhựa khác. Prepolyme là kết quả của phản ứng giữa một lượng dư MMDI với nhựa có nhóm hydroxyl ở cuối mạch. Thuật ngữ chính xác, quasi-prepolyme, dùng để chỉ một sản phẩm phản ứng là hỗn hợp của prepolyme và một lượng dư MMDI.

Các Thuộc Tính Của MDI

MDI đậm đặc hơn nước và do đó sẽ chìm xuống đáy thùng chứa đầy nước. Mặc dù nó phản ứng với nước nhưng tốc độ phản ứng rất chậm ở nhiệt độ dưới 122°F (50°C). Ở nhiệt độ cao hơn hoặc khi có mặt chất xúc tác/vật liệu cơ bản, phản ứng ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn và có thể trở nên dữ dội. Phản ứng của MDI với nước giải phóng khí CO2 và tạo thành hợp chất polyurea không hòa tan. Các sản phẩm polyurea này thường có dạng cầu với isocyanate lỏng và CO2 bị giữ lại bên trong. Những hạt này có thể nổi do CO2 bị giữ lại. Isocyanate bị giữ lại sẽ phản ứng với nước theo thời gian.

MDI phản ứng với axit, cồn, vật liệu cơ bản (ví dụ natri hydroxit, amoniac và amin), magiê và nhôm (và hợp kim của chúng), muối kim loại (ví dụ thiếc, sắt, nhôm và kẽm clorua), các chất oxy hóa mạnh (ví dụ thuốc tẩy và clo), polyol và nước (CPI, tháng 7 năm 2003). Những phản ứng này có thể diễn ra mạnh mẽ, tạo ra nhiệt, có thể dẫn đến sự gia tăng hơi isocyanate và/hoặc sự tích lũy áp suất do sự sinh ra CO2 trong các thùng chứa kín.

MDI thường không ăn mòn kim loại hoặc các vật liệu khác ở nhiệt độ phòng, nhưng sự hiện diện của một lượng nhỏ axit trong PMDI có thể tạo ra sự ăn mòn nhất định với hợp kim đồng và nhôm. Phải tránh sử dụng đồng, kẽm hoặc hợp kim của chúng vì chúng có thể làm hư hỏng sản phẩm. Thép carbon là vật liệu được khuyên dùng cho thùng chứa MDI. Thép không gỉ là vật liệu được khuyên dùng cho máy bơm, đường ống xả và van. MDI sẽ ăn mòn và làm giòn nhiều vật liệu nhựa và cao su, có thể khiến các vật liệu này bị nứt theo thời gian. Ống Flex phải được lót bằng Teflon® hoặc được bán và dán nhãn đặc biệt để xử lý isocyanate. Bảng 3 đưa ra công thức phân tử và hằng số của ba loại MDI. Các dạng MDI đơn lẻ được đặc trưng bởi một số số nhận dạng như được tạo trong bảng này.

Bảng 3. Công thức phân tử và hằng số MDI

Loại	Công Thức	Khối Lượng Phân Tử	Chứa NCO (% trọng lượng)
MDI đơn phân	C15H10N2O2	250.26	33.50%
Prepolymers biến đổi MDI	biến đổi	biến đổi	biến đổi
Polymeric MDI	biến đổi	xấp xỉ 340	xấp xỉ 31%
Số tham chiếu
Tóm Tắt Hóa Học	T2,4'-MDI: 5873-54-1
	4,4'-MDI: 101-68-8
	2,2'-MDI: 2536-05-2
	polymeric MDI: 9016-87-9
	không đồng phân: 26447-40-5
Liên Hiệp Quốc	4,4'-MDI chứa các thành phần: không được điều chỉnh
Hoa Kỳ	4,4'-MDI chứa các thành phần lớn hơn 5,000 pounds trong một thùng chứa; NA 3082
Số EEC	PMDI: 615-005-01-6