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主题：【第十三届原创】多亚甲基多苯基多异氰酸酯黏度调配公式推导

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宁波分析测试发表于：2020/07/05 11:21:19 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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7月三等奖

多亚甲基多苯基多异氰酸酯黏度调配公式推导

魏钠

（万华化学（宁波）有限公司，浙江，宁波，315812）

摘要：多亚甲基多苯基多异氰酸酯(简称PM)是聚氨酯的重要原料之一。PM的黏度是产品的重要指标之一，一般工艺通知质检进行粘度的测定。质检会采用国标法使用流变仪进行样品的黏度的测定，在黏度需要调配时往往不能一步到位，需要多步调整才能得到目标黏度。通过黏度公式的推导计算，能够快速调配到目标粘度，给生产效率的提升提供了很大帮助。

关键词:黏度；公式；对数

中图分类号：O633.5 文献标志码：B

Derivation of Polymethylidene polyphenylpolyisocyanate viscosity mixing formula

WEI Na

（WAN HUA Chemical (Ningbo) Co., Ltd., Zhejiang, Ningbo,315812，China）

Abstract：Polymethylidene polyphenyl polyisocyanate (PM) is one of theimportant raw materials of polyurethane. The viscosity of PM is one of theimportant indexes of products. Generally, the quality inspection is informed todetermine the viscosity. The national standard method is adopted by the qualityinspection committee to measure the viscosity of samples with rheometer. Whenthe viscosity needs to be adjusted, it is often not in place in one step, andmulti-step adjustment is needed to get the target viscosity. Through thederivation and calculation of viscosity formula, it can be quickly allocated tothe target viscosity, which provides a great help for the improvement ofproduction efficiency.

Key words:Viscosity; Formula; Logarithmic;

多亚甲基多苯基多异氰酸酯(简称PM)是聚氨酯的重要原料之一,它是由苯胺和甲醛在盐酸存在下缩合生成多胺,再经光气化、分离而制得^[1]。LC-MS分析表明^[2]:聚合MDI是由亚甲基架桥的二环、三环至八环等多苯环异氰酸酯构成的混合物,其分子结构通式如下:通式中n的数值一般为0～6,聚合MDI中二环化合物占40%～50%,三环化合物占20%～35%。因取代基的相对位置不同,相同环数的化合物又包含多个同分异构体,如二环化合物有3个同分异构体,即2,2’-MMDI、2,4’-MDI和4,4’-MDI。三环化合物有4个主要同分异构体等。聚合MDI的组成不同,其黏度也不同，我司根据黏度的调整来适应市场的不同寻求。不同的黏度的应用也不同，如做冰箱保温、墙体保温、板材、弹性体等等^[3]。

目前，实验室采用流变仪测定PM产品的黏度，实验室分析一个粘度需要1个小时左右，工艺的调配搅拌时间需要4小时左右，如何快速的调配到目标浓度，不造成二次调配是提高生产率的很大帮助，为此我通过大量的实验数据并经过公式推导，得到了能快速调配的对数法公式，对后续的生产有很大的帮助。

国标GB/T12009.3-2009测定黏度

1.1 测试原理

用具有规定特定的旋转黏度计根据所用的剪切速率和得到的剪切应力测量液态样品的黏度。

1.2 样品调配和测定

这里通过对实验室PM200（黏度202)和PM700(黏度688）黏度已稳定的两个样品按一定比例进行调配，调配后进行流变仪进行黏度测定。

2实验部分

2.1实验仪器试剂

RSTCC流变仪，BROOKFIELD；TC-550SD-230恒温水浴,博勒飞。测试条件水浴温度设定25℃，样品测定温度25±0.1℃；丙酮。

3调配试样测定

把两个PM样品按一定比例进行调配后，进行流变仪测定调配后的粘度，数据如下。

表1 黏度测定结果和理论计算结果

Test 1 for Viscosity measurement resultsand theoretical calculation results

实验室PM200（黏度202mPa.s) 和PM700(黏度688mPa.s）调配比例	比例换算理论粘度mPa.s	测定黏度mPa.s
PM200:PM700=1:1	445	370
PM200:PM700=2:1	364	308
PM200:PM700=2:3	493.6	418
PM200:PM700=3:1	323.5	275
PM200:PM700=3:4	479.7	408
PM200:PM700=3:2	396.4	329
PM200:PM700=4:1	299.2	260
PM200:PM700=4:3	410.3	343
PM200:PM700=1:2	526	460
PM200:PM700=1:3	566.5	503
PM200:PM700=5:1	283	244
PM200:PM700=4:5	472	400
PM200:PM700=1:4	590.8	536
PM200:PM700=1:5	607	562
PM200:PM700=1:6	618	575
PM200:PM700=1:7	627.25	592
PM200:PM700=5:4	418	348
PM200:PM700=7:4	378.73	314
PM200:PM700=9:4	351.54	296
PM200:PM700=5:2	340.86	288
PM200:PM700=2:5	549.14	480
PM200:PM700=3:5	505.75	437
PM200:PM700=4:7	511.27	441
PM200:PM700=4:9	538.46	470

4对测试结果进行数据分析

对表1测定黏度和理论黏度进行数据分析来看，测定黏度比理论黏度要小，通过数据对比并绘制图，如下图。

图1理论和测量黏度相关图

Fig1 Correlationdiagram of theoretical and measured viscosity

从图1看出测量黏度和理论黏度不是直线性关系，而是显一定的曲线，对以上配比数据进行对数后计算分析发现和检测检测比较接近,当然流变仪的检测也有误差，见表2。

表2黏度测定结果和对数后计算结果

Test 2 for Viscosity measurement resultsand calculation results after logarithm

实验室PM200（黏度202mPa.s) 和PM700(黏度688mPa.s）调配比例	比例换算理论粘度 mPa.s	测定黏度 mPa.s	对数计算黏度 mPa.s	测定值和对数计算法的极差
PM200:PM700=1:1	445	370	372.79	-2.79
PM200:PM700=2:1	364	308	303.92	4.08
PM200:PM700=2:3	493.6	418	421.4	-3.4
PM200:PM700=3:1	323.5	275	274.42	0.58
PM200:PM700=3:4	479.7	408	406.9	1.1
PM200:PM700=3:2	396.4	329	329.8	-0.8
PM200:PM700=4:1	299.2	260	258.11	1.89
PM200:PM700=4:3	410.3	343	341.55	1.45
PM200:PM700=1:2	526	460	457.27	2.73
PM200:PM700=1:3	566.5	503	506.44	-3.44
PM200:PM700=5:1	283	244	247.78	-3.78
PM200:PM700=4:5	472	400	399.06	0.94
PM200:PM700=1:4	590.8	536	538.44	-2.44
PM200:PM700=1:5	607	562	560.9	1.1
PM200:PM700=1:6	618	575	577.5	-2.5
PM200:PM700=1:7	627.25	592	590.28	1.72
PM200:PM700=5:4	418	348	348.26	-0.26
PM200:PM700=7:4	378.73	314	315.42	-1.42
PM200:PM700=9:4	351.54	296	294.52	1.48
PM200:PM700=5:2	340.86	288	286.69	1.31
PM200:PM700=2:5	549.14	480	484.75	-4.75
PM200:PM700=3:5	505.75	437	434.51	2.49
PM200:PM700=4:7	511.27	441	440.6	0.4
PM200:PM700=4:9	538.46	470	471.87	-1.87

黏度调配后对数比例计算黏度公式：

注：X为调配后待测样品的黏度；

a为黏度为M样品的配比率；

b为黏度为N样品的配比率；

图2 对数计算黏度和流变仪实测黏度关系

Fig2 Relationship betweenlogarithm calculated viscosity and rheometer measured viscosity

4.1流变仪测定值和对数法计算的值极差正态性检验和双样本T检验

按比例调配24个样品，分别采用流变仪测定和对数法计算,对其极差进行正态性检验，对两种方法测量结果进行双样本T检验，通过P值来反映两种方法的差异性。

图3 流变仪测定值和对数计算法的极差正态性检验和双样本T检验

Fig3 Range normal test of the difference betweenRheometer viscosimeter and Logarithmic

从表2可以看出,在黏度200-600mPa.s范围内，流变仪测定值和对数计算法的极差控制在5mPa.s以内。对两种测量方法的极差做正态性检验和双T检验，从图3可以看出，P值大于0.05，说明数据呈正态分布，从表3可以看出，P值大于0.05，从图2可以看出流变仪实测黏度和对数计算黏度关系为线性,说明两种测量方法没有显著差异。

表3 流变仪测值和对数法计算值的T检验

Test 3T-test of rheometer viscosimeterand logarithm method

双样本T检验和置信区间
[img=,403,3]file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.png[/img]	均值	标准差	均值标准误差
流变仪测定粘度	402.4	104.6	21.4
对数法计算粘度	402.6	105.1	21.5
差值的95%置信区间：	（-1.267，0.752）
差值=0（与≠）的T检验：T值=-0.53 P值=0.603

公式应用
选取粘度为200左右和400左右的样品进行调配实验,结果如下表3。
表3 黏度调配公式计算结果应用
Test 3 for Application of calculationresults of viscosity mixing formula

实验室PM200（黏度226mPa.s) 和PM400(黏度427mPa.s）调配比例	比例换算理论粘度 mPa.s	测定黏度 mPa.s	比例换算理论粘度 mPa.s	对数计算黏度 mPa.s	测定值和对数计算法的极差
pm226:pm427=1:1	326.5	312	326.5	311	1
pm226:pm427=2:1	293	279	293	279.31	-0.31

实验结论
从数据对比看本对数公式的计算值和流变仪的测定值基本一致，对于生产工艺的应用有很大的价值。此公式能够快速的计算出调配的样品的粘度，对工艺生产节约了时间，是降本增效的工具。本推导的公式也可以在聚醚、石油、焦油、食用油、蜂蜜等流体样品的黏度计算进行应用。

参考文献.

[1] 薛建.PAPI的改性原理及其应用.聚氨酯工业,1991,(1):7～14.

[2] 张衍荣,马德强.聚氨酯发泡性能评价方法的改进.聚氨酯工业,2003，18(1):42～45.

[3] 魏钠.陈安梅.张永强.王明.王立萍.NIRS法测定PM 中2,4-MDI 的方法研究[J].《现广州化工》 2018，22：69-72.