[發明專利]一種聚氨酯水分散液的制備方法及其裝置

有效

• 申請號: 201010624826.7
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102167789A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 吳存雷;范福庭
• 申請（專利權）人: 上海市合成樹脂研究所
• 主分類號: C08G18/12
• 分類號: C08G18/12;C08G18/08
• 代理公司: 上海華工專利事務所 31104
• 代理人: 李生柱;應云平

一、技術領域

本發明涉及一種聚氨酯水分散液的制備方法及其裝置。

二、背景技術

聚氨酯水分散液可以用于涂料、膠粘劑、表面處理劑、建材等領域。高濃度聚氨酯水分散液可以用各種基材的涂布。例如，用作木材、金屬、塑料、紙、皮革、紡織品、氈、玻璃等的漆膜。以致它的研究開發方興未艾。

聚氨酯水分散液大致分為強制乳化型、水溶性型和自乳化型等三種類型水分散液。

強制乳化型聚氨酯水分散液就是通過外加乳化劑(表面活性劑)把溶液聚合的聚氨酯樹脂進行水分散后，用二胺擴鏈后，除去溶劑使預聚體強制乳化，從而得到乳化狀態的聚氨酯水分散液。其缺點是聚氨酯水分散液中聚氨酯粒子直徑大，分散液儲罐穩定性差，粘接性降低。

水溶性型聚氨酯水分散液就是使用水溶性聚醚多元醇和用異氰酸酯反應可制備得到水溶液狀態的聚氨酯水分散液。不過，這種水分散液制品的耐水性差，經交聯反應后，可用于一些特殊的場合。

自乳化型聚氨酯水分散液就是將離子基團導入聚氨酯樹脂或聚氨酯預聚體構造內使聚氨酯樹脂無需外加乳化劑就能形成水分散液。自乳化型聚氨酯水分散與其他兩種水分散液比較，其粒子直徑小，儲藏穩定性高，分子設計幅度廣，比其他兩種水分散液好。

自乳化型聚氨酯水分散液和其它兩種水分散液也有共同點，通常用裝備有攪拌葉片的反應釜進行間歇式制造。即在反應釜內由異氰酸酯和多元醇反應，再加入賦予親水基的二羥甲基丙酸和親水性助溶劑進行反應來制備聚氨酯預聚體，這些助溶劑如：丙酮、丁酮、乙二醇醚和N-甲基吡咯烷酮等。然后經水分散后和通過二胺來進一步擴鏈，得到水分散的聚氨酯。有時隨制品的用途不同，低沸點的助溶劑可用蒸餾的方法除去；有時則保留高沸點的助溶劑，省略蒸餾工序。

在自乳化型聚氨酯水分散液的間歇式制造工藝中，分為預聚體制備、預聚體水分散和分散液擴鏈等三個主要階段。預聚體在進入水分散前，必須添加三乙胺等成鹽劑。三乙胺既是成鹽劑也是聚氨酯反應的催化劑，使得含有-NCO基團預聚體的粘度急劇上升，必須在一定時間(如60分鐘)內用完，否則將無法乳化，影響乳化液的質量；在生產含TDI的預聚體時，情況會更加嚴重，甚至會發生嚴重的堵塞管道的情形，上述情形限制間歇法生產規模的擴大，比較適合分批生產1000公斤的乳液。

間歇法生產的乳化階段是在帶乳化裝置的帶攪拌的擴鏈反應釜中進行的，間歇法生產相轉化時會發生粘度上升的現象，水分散處理能力隨預聚體放入量、反應釜混合，攪拌能力而異，由于攪拌不充分和制品粒子分散不均勻，制品的分散性差；聚合后少量預聚體可粘附在反應釜內壁和底部，所以，每次處理結束都得清洗反應釜一次，用一個反應釜進行一連串的處理，使大生產受到限制，例如，要制得1噸制品聚氨酯水分散液就要花1～2天時間。

分散液擴鏈階段，通常選用滴加的方式在分散液液面上方加入擴鏈劑乙二胺(通常是20％的水溶液)。基于乙二胺與預聚體末端的-NCO基團反應是快速反應，要使擴鏈反應均勻必須緩慢地滴加二胺水溶液，如果由于液面處的攪拌剪切能力差，如果加入速度太快容易導致局部乳液的乙二胺過量，所形成的聚氨酯分子量低，性能下降，形成伯胺末端的聚氨酯乳液；同時導致另外一部分乳液乙二胺量的不足，形成NCO末端的乳液，在反應結束后不同性質的乳液在一起，自然會降低分散液的儲存穩定性、制品的使用性和制品成膜后的光澤度。間歇生產方式要獲得良好擴鏈的乳液，必須充分延長滴加時間。在生產規模擴大時，耗時的增加就特別明顯。

鑒于間歇法生產聚氨酯水分散液耗時長的缺點，逐漸開發出連續生產聚氨酯水分散液的方法。現有技術US7,345,110B2，Mar，18，2008披露連續生產水性聚氨酯的過程，首先將聚氨酯預聚體和水按比例，于80℃由T型噴嘴內設有一噴孔，該噴孔直徑2mm以0.2～50巴壓力差將預聚體噴射到水中經混合段生產預乳化液，接著通過6個噴射分散器；每個噴射器內設有兩個小孔，九孔直徑0.8mm，以壓力差17巴均化乳狀液成為乳液，繼之，把物料溫度冷卻到29℃放入玻璃容器中以乙二胺和水合肼擴鏈、過濾獲得聚氨酯水分散液，其質量指標為：平均離子直徑50nm，pH＝8.0，固含量38.6％。該法以T型噴嘴乳化聚氨酯預聚體，設備結構復雜難于清理，所用壓力較大。必須加予改進。