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聚氨酯（Polyurethane，簡(jiǎn)稱(chēng) PU）是一種性能介于塑料和橡膠之間的有機(jī)高分子材料，分子鏈中含有氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)（—NHCOO—），也常被稱(chēng)為聚氨酯彈性體。它集合了良好的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐溶劑等性能于一身，而且可以根據(jù)用戶(hù)的要求對(duì)具體的性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此廣泛應(yīng)用于家居領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、日用品領(lǐng)域、交通領(lǐng)域、家電領(lǐng)域等，聚氨酯的制品主要包括泡沫塑料、彈性體、纖維、革鞋樹(shù)脂、涂料、膠粘劑和密封膠等。

   2024 年，我國(guó)聚氨酯原料 MDI 產(chǎn)量約為 469 萬(wàn)噸，TDI 產(chǎn)量為 152 萬(wàn)噸，聚醚產(chǎn)能達(dá) 903 萬(wàn)噸；制品產(chǎn)量 1365 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) 6.1%。從全球市場(chǎng)來(lái)看，2023 年全球聚氨酯市場(chǎng)規(guī)模為 871.0 億美元，2024 年增長(zhǎng)至 914.9 億美元，預(yù)計(jì)到 2032 年將進(jìn)一步增長(zhǎng)至 1350.8 億美元，預(yù)測(cè)期內(nèi)復(fù)合年增長(zhǎng)率為 4.4% 。中國(guó)作為全球至大的聚氨酯生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，2030 年產(chǎn)值有望突破 3000 億元，年增速保持在 5%-6%。

為了得到更高質(zhì)量的聚氨酯，除了對(duì)反應(yīng)過(guò)程的精確控制以外，對(duì)原料各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定是不可少的。LISICO 近紅外光譜儀就很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。

原理及應(yīng)用介紹

聚氨酯是由低聚物多元醇和異氰酸酯進(jìn)行加成反應(yīng)得到，原料的組分和純度，反應(yīng)的速度和溫度，助劑的選擇等等多種因素都會(huì)影響最終產(chǎn)物的組分和產(chǎn)量。為了有效地控制反應(yīng)的進(jìn)行，除了對(duì)反應(yīng)過(guò)程的精確控制以外，對(duì)原料各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定是不可少的。在聚氨酯的生產(chǎn)中，較主要的反應(yīng)即為多元醇和異氰酸酯的加成反應(yīng)，其中參與反應(yīng)的主要官能團(tuán)分別為羥基和異氰酸酯基（NCO基團(tuán)），羥值和NCO基團(tuán)的含量是原料的關(guān)鍵指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)室采用傳統(tǒng)的滴定分析方法對(duì)NCO基團(tuán)進(jìn)行檢測(cè)，一般先要用NCO與過(guò)量的二正丁胺反應(yīng)生產(chǎn)脲,再用鹽酸滴定過(guò)量的二正丁胺來(lái)定量計(jì)算NCO的含量。采用LISICO LS-100近紅外光譜儀，只需對(duì)樣品進(jìn)行近紅外光譜采集，然后通過(guò)模型預(yù)測(cè)即可獲得NCO基團(tuán)含量，整個(gè)過(guò)程幾分鐘即可完成，操作十分簡(jiǎn)單，而且不需要消耗任何滴定法中的化學(xué)試劑，綠色環(huán)保。

含有NCO基團(tuán)樣品近紅外光譜圖

二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）是聚氨酯重要原料，目前都已成為國(guó)際化商品。MDI 包含 4-4MDI，2-4MDI和2-2MDI三種同分異構(gòu)體，其中 4-4MDI在工業(yè)上有廣泛的用途，工業(yè)上在精餾、結(jié)晶、混合過(guò)程中都需要對(duì)這些同分異構(gòu)體進(jìn)行檢測(cè)。

MDI樣品近紅外光譜圖

使用LISICO LS-100-Pro在線(xiàn)近紅外系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的 MDI同分異構(gòu)體進(jìn)行檢測(cè)。近紅外光譜儀主機(jī)可以通過(guò)專(zhuān)用光纖把光信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的探頭上，這些探頭一般安裝在工藝生產(chǎn)設(shè)備管線(xiàn)上，可以完成反應(yīng)過(guò)程物料的光譜采集。檢測(cè)光譜信號(hào)通過(guò)光纖回路進(jìn)入到光譜儀檢測(cè)器，通過(guò)在線(xiàn)軟件 S-Online，可以把光譜信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析計(jì)算，把預(yù)測(cè)的各組分含量結(jié)果通過(guò)通訊模塊上傳到 DCS控制系統(tǒng)，這樣工藝人員在控制室的DCS上可以實(shí)時(shí)看見(jiàn)裝置各個(gè)控制點(diǎn)位上MDI同分異構(gòu)體的含量，為生產(chǎn)決策提供新的數(shù)據(jù)。

聚氨酯涂料在汽車(chē)加工、地下室防水等領(lǐng)域中也有著非常強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，此類(lèi)涂料以聚氨酯為主要材料，在各類(lèi)色漆以及清漆生產(chǎn)中有著非常好的應(yīng)用價(jià)值。專(zhuān)業(yè)涂料人員將固含量看成是涂料質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。通常固含量測(cè)試是采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行烘箱烘烤的標(biāo)準(zhǔn)方法。需要在105℃-110℃的烘箱中烘烤 60分鐘，并要求對(duì)樣品盤(pán)和樣品在烘烤前后分別進(jìn)行稱(chēng)量。由于傳統(tǒng)測(cè)試方法需要一定的時(shí)間，生產(chǎn)批次在進(jìn)行下一階段生產(chǎn)或裝運(yùn)之前必須要花時(shí)間去等待分析結(jié)果。為了縮短分析和等待的時(shí)間，采用在線(xiàn)近紅外的方案：對(duì)產(chǎn)品線(xiàn)上的固含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中固含量變化每隔數(shù)分鐘就在 DCS 系統(tǒng)上更新一次，為工藝人員對(duì)產(chǎn)品的進(jìn)一步生產(chǎn)和放行提供迅速的判斷依據(jù)。

除此之外，近紅外還可以用于聚氨酯行業(yè)中酸值，羥值，胺值，丙酮溶劑等多個(gè)指標(biāo)的檢測(cè)。

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