水性聚氨酉旨涂料生產(chǎn)

石志華

【摘要】水性聚氛酯涂料是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氛酯體系，是一種具有高強(qiáng)度、撕裂、耐磨等特性的高分子材料。對近幾年國內(nèi)外水性聚氛酯涂料合成方法，進(jìn)行了綜合說明。

【關(guān)鍵詞】水性聚氛酯 高分子材料 丙酮法 皮革涂飾

1.聚氨酯涂料的制備方法

目前水性聚氨酷生產(chǎn)采用的主要方法是內(nèi)乳化法，又可分為丙酮法、預(yù)聚體混合法等。

1.1 丙酮法

首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯預(yù)聚體，再以有機(jī)溶劑稀釋預(yù)聚體，然后再進(jìn)行乳化的方法。溶劑以丙酮、甲乙酮居多，故稱為丙酮法。

特點(diǎn)：丙酮法易于操作，重復(fù)性好，制得的水性聚氨酯分子量可變范圍寬，粒徑的大小可控，產(chǎn)品質(zhì)量好，是目前生產(chǎn)水性聚氨酉旨的主要方法。

1.2 預(yù)聚體混合法

首先合成含親水基團(tuán)及端-NCO的預(yù)聚體，當(dāng)預(yù)聚體的相對分子量不太高且粘度較小時，可不加或加少量溶劑，高速攪拌下分散于水中，再用親水性單體（二胺或三胺）將其部分?jǐn)U鏈，生成相對分子量高的水性聚氨酯，最終得到水性聚氨酷分散液。

特點(diǎn)：預(yù)聚體混合法避免了有機(jī)溶劑的大量使用，工藝簡單，便于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。缺點(diǎn)是擴(kuò)鏈反應(yīng)在多相體系中發(fā)生，反應(yīng)不能按定量的方式進(jìn)行。

2.基本原料

聚氨酷乳液所用的原料是多樣的。現(xiàn)就其主要原料，親水性擴(kuò)鏈劑、成鹽劑、溶劑、助劑介紹如下。

2.1 大分子多元醇化合物

水性聚氨酯制備中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酷二醇居多。有時還使用聚醚三醇、低支化度聚酷多元醇、聚碳酸酷二醇等小品種低聚物多元醇。由于價格的原因，國內(nèi)目前主要采用聚醚多元醇制備水性聚氨酯。

2.2 多異氰酸酉旨

異氰酸酷是異氰酸的各種酯的總稱。水性聚氨酷合成的多異氰酸酯包括芳香族和脂肪族兩大類。芳香族主要有TDI（甲苯二異氰酸酷）、MDI（二苯基甲烷二異氰酸酷）；脂肪族主要有HDI（六亞甲基二異氰酸酷）、H12MDI（二環(huán)己烷基甲烷二異氰酸酷）。

2.3 親水性擴(kuò)鏈劑

親水性擴(kuò)鏈劑是在對端異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體進(jìn)行擴(kuò)鏈的同時引入親水性基團(tuán)的物質(zhì)。主要有二羥甲基丙酸（DMPA ）、二羥基半酷、乙二氨基乙磺酸鈉、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺等。

2.4 成鹽劑

陰離子型水性聚氨酯使用的成鹽劑主要是三乙胺、氨水、氫氧化鈉等，陽離子水性聚氨酷的成鹽劑主要是鹽酸、酷酸環(huán)氧氯丙烷等烷基化試劑。

2.5 溶劑

由于在預(yù)聚反應(yīng)過程中，有時黏度會很大，以致攪拌困難，此時向體系中加入有機(jī)溶劑以降低鉆度，利于攪拌，且低黏度有助于充分反應(yīng)，使分子鏈進(jìn)一步增長。常用的有機(jī)溶劑有丙酮、丁酮、甲乙酮、二氧六環(huán)、N，N-二甲基酰胺、甲基毗咯烷酮等。

3.設(shè)備

3.1 預(yù)聚釜

聚氨酷樹脂的反應(yīng)器一般為立式反應(yīng)釜，帶攪拌裝置的罐式立式反應(yīng)釜是問歇法合成聚氨酷乳液時應(yīng)用最廣泛的。反應(yīng)釜主要由罐體、夾套、傳動裝置、軸封裝置、攪拌裝置、進(jìn)、出料口、入孔、容器法蘭以及支座等構(gòu)成。

3.2 分散釜

聚氨酯的乳化是在乳化設(shè)備中完成的，油溶性的聚氨酷樹脂即便是引入了親水基團(tuán)，它在水中的溶解也不是輕易實(shí)現(xiàn)的，必須借助劇烈攪拌等外力才能夠完成。在水性聚氨酷乳液的生產(chǎn)過程中，對所選乳化設(shè)備的主要要求是：1，攪拌速度快，即能給樹脂以很強(qiáng)的剪切力，以便使聚氨酷樹脂均勻地分散在水中；2，轉(zhuǎn)速可調(diào)，，以便乳化過程中進(jìn)行必要的反應(yīng)。

3.3 冷凝器

水性聚氨酷合成過程中，冷凝器的生產(chǎn)負(fù)荷不大，而且冷熱流體的溫度變化相差不是很大，因此從設(shè)備的投資，使用時的維護(hù)等方面考慮，可以采用固定管板式，列管式換熱器。由于這類換熱器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，因此可根據(jù)生產(chǎn)過程的熱負(fù)荷直接選用，而換熱器的材料可以考慮用不銹鋼。

3.4 真空泵

水性聚氨酯生產(chǎn)過程中，往往采用真空加料，而吸入的物料往往具有一定的黏度，因此要求系統(tǒng)的真空度比較高，可以考慮水環(huán)真空泵，當(dāng)系統(tǒng)真空度要求相對較低時，羅茨真空泵、旋片真空泵等。

4.丙酮法生產(chǎn)操作

4.1 投料

公用工程準(zhǔn)備好，冷凍水1/2開的。加入聚酷多元醇，加入到1/2量時啟動攪拌。然后加入小分子多元醇。加入其它散稱物料，如DMPA。適宜溫度下加入多異氰酸酷。如HDI、HMDI然后少量丙酮稀釋。適宜溫度下加入催化劑。

4.2 預(yù)聚反應(yīng)

加入催化劑后，會緩慢升溫，然后多次小量升溫，直至目標(biāo)溫度。然后取樣分析-NCO。合格后，降溫，加入大量丙酮稀釋。轉(zhuǎn)至擴(kuò)鏈釜。其中主要反應(yīng)為異氰酸酷與聚酷多元醇的反應(yīng)，反應(yīng)方程式：

R1NCO+R2OH→R1NHCOOR2

4.3 擴(kuò)鏈

預(yù)聚體轉(zhuǎn)至擴(kuò)鏈釜后，啟動攪拌，適宜溫度下加入擴(kuò)鏈劑。反應(yīng)一段時間后，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)至分散釜。此階段一定要注意分散時間，分散時間太長會出現(xiàn)預(yù)聚體黏度過高，在加水分散過程中存在凝膠的風(fēng)性。

4.4 分散

在反應(yīng)足夠的時間后，開始加水分散，控制攪拌轉(zhuǎn)速和加水的流量。分散開后，繼續(xù)攪拌一段時間，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)至脫丙酮釜。注意加水流量和時間的控制，加水過快可能導(dǎo)致分散不均勻；加水過慢可能出現(xiàn)凝膠。

4.5 脫丙酮

分散好的粗乳液轉(zhuǎn)至脫丙酮釜后，啟動攪拌，加入助劑，然后開始啟動真空機(jī)組，然后逐步提真空，直至全真空。每個一小時取樣測粒徑，并觀察釜內(nèi)狀況，經(jīng)常會出現(xiàn)起沫現(xiàn)象，防止泡沫進(jìn)入精餾塔。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來估計脫丙酮結(jié)束時間，然后取樣測固體含量。合格后，停真空。然后加入其它助劑和殺菌劑，并根據(jù)固含（一般高于理論值）補(bǔ)加工藝水。攪拌一段時間，開始包裝。此階段主要是對真空度的控制，在逐漸提高系統(tǒng)真空度來降低丙酮的沸點(diǎn)，從而更有利于脫除。注意在逐漸提高系統(tǒng)真空度的時候要注意脫丙酮反應(yīng)釜內(nèi)的乳液狀態(tài)，防止乳液起沫過于嚴(yán)重，從而影響脫丙酮的效率。