水性聚氨酉旨涂料生产

石志华

【摘要】水性聚氛酯涂料是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氛酯体系，是一种具有高强度、撕裂、耐磨等特性的高分子材料。对近几年国内外水性聚氛酯涂料合成方法，进行了综合说明。

【关键词】水性聚氛酯 高分子材料 丙酮法 皮革涂饰

1.聚氨酯涂料的制备方法

目前水性聚氨酷生产采用的主要方法是内乳化法，又可分为丙酮法、预聚体混合法等。

1.1 丙酮法

首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯预聚体，再以有机溶剂稀释预聚体，然后再进行乳化的方法。溶剂以丙酮、甲乙酮居多，故称为丙酮法。

特点：丙酮法易于操作，重复性好，制得的水性聚氨酯分子量可变范围宽，粒径的大小可控，产品质量好，是目前生产水性聚氨酉旨的主要方法。

1.2 预聚体混合法

首先合成含亲水基团及端-NCO的预聚体，当预聚体的相对分子量不太高且粘度较小时，可不加或加少量溶剂，高速搅拌下分散于水中，再用亲水性单体（二胺或三胺）将其部分扩链，生成相对分子量高的水性聚氨酯，最终得到水性聚氨酷分散液。

特点：预聚体混合法避免了有机溶剂的大量使用，工艺简单，便于工业化连续生产。缺点是扩链反应在多相体系中发生，反应不能按定量的方式进行。

2.基本原料

聚氨酷乳液所用的原料是多样的。现就其主要原料，亲水性扩链剂、成盐剂、溶剂、助剂介绍如下。

2.1 大分子多元醇化合物

水性聚氨酯制备中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酷二醇居多。有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酷多元醇、聚碳酸酷二醇等小品种低聚物多元醇。由于价格的原因，国内目前主要采用聚醚多元醇制备水性聚氨酯。

2.2 多异氰酸酉旨

异氰酸酷是异氰酸的各种酯的总称。水性聚氨酷合成的多异氰酸酯包括芳香族和脂肪族两大类。芳香族主要有TDI（甲苯二异氰酸酷）、MDI（二苯基甲烷二异氰酸酷）；脂肪族主要有HDI（六亚甲基二异氰酸酷）、H12MDI（二环己烷基甲烷二异氰酸酷）。

2.3 亲水性扩链剂

亲水性扩链剂是在对端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体进行扩链的同时引入亲水性基团的物质。主要有二羟甲基丙酸（DMPA ）、二羟基半酷、乙二氨基乙磺酸钠、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺等。

2.4 成盐剂

阴离子型水性聚氨酯使用的成盐剂主要是三乙胺、氨水、氢氧化钠等，阳离子水性聚氨酷的成盐剂主要是盐酸、酷酸环氧氯丙烷等烷基化试剂。

2.5 溶剂

由于在预聚反应过程中，有时黏度会很大，以致搅拌困难，此时向体系中加入有机溶剂以降低钻度，利于搅拌，且低黏度有助于充分反应，使分子链进一步增长。常用的有机溶剂有丙酮、丁酮、甲乙酮、二氧六环、N，N-二甲基酰胺、甲基毗咯烷酮等。

3.设备

3.1 预聚釜

聚氨酷树脂的反应器一般为立式反应釜，带搅拌装置的罐式立式反应釜是问歇法合成聚氨酷乳液时应用最广泛的。反应釜主要由罐体、夹套、传动装置、轴封装置、搅拌装置、进、出料口、入孔、容器法兰以及支座等构成。

3.2 分散釜

聚氨酯的乳化是在乳化设备中完成的，油溶性的聚氨酷树脂即便是引入了亲水基团，它在水中的溶解也不是轻易实现的，必须借助剧烈搅拌等外力才能够完成。在水性聚氨酷乳液的生产过程中，对所选乳化设备的主要要求是：1，搅拌速度快，即能给树脂以很強的剪切力，以便使聚氨酷树脂均匀地分散在水中；2，转速可调，，以便乳化过程中进行必要的反应。

3.3 冷凝器

水性聚氨酷合成过程中，冷凝器的生产负荷不大，而且冷热流体的温度变化相差不是很大，因此从设备的投资，使用时的维护等方面考虑，可以采用固定管板式，列管式换热器。由于这类换热器已经标准化生产，因此可根据生产过程的热负荷直接选用，而换热器的材料可以考虑用不锈钢。

3.4 真空泵

水性聚氨酯生产过程中，往往采用真空加料，而吸入的物料往往具有一定的黏度，因此要求系统的真空度比较高，可以考虑水环真空泵，当系统真空度要求相对较低时，罗茨真空泵、旋片真空泵等。

4.丙酮法生产操作

4.1 投料

公用工程准备好，冷冻水1/2开的。加入聚酷多元醇，加入到1/2量时启动搅拌。然后加入小分子多元醇。加入其它散称物料，如DMPA。适宜温度下加入多异氰酸酷。如HDI、HMDI然后少量丙酮稀释。适宜温度下加入催化剂。

4.2 预聚反应

加入催化剂后，会缓慢升温，然后多次小量升温，直至目标温度。然后取样分析-NCO。合格后，降温，加入大量丙酮稀释。转至扩链釜。其中主要反应为异氰酸酷与聚酷多元醇的反应，反应方程式：

R1NCO+R2OH→R1NHCOOR2

4.3 扩链

预聚体转至扩链釜后，启动搅拌，适宜温度下加入扩链剂。反应一段时间后，准备转至分散釜。此阶段一定要注意分散时间，分散时间太长会出现预聚体黏度过高，在加水分散过程中存在凝胶的风性。

4.4 分散

在反应足够的时间后，开始加水分散，控制搅拌转速和加水的流量。分散开后，继续搅拌一段时间，准备转至脱丙酮釜。注意加水流量和时间的控制，加水过快可能导致分散不均匀；加水过慢可能出现凝胶。

4.5 脱丙酮

分散好的粗乳液转至脱丙酮釜后，启动搅拌，加入助剂，然后开始启动真空机组，然后逐步提真空，直至全真空。每个一小时取样测粒径，并观察釜内状况，经常会出现起沫现象，防止泡沫进入精馏塔。根据经验来估计脱丙酮结束时间，然后取样测固体含量。合格后，停真空。然后加入其它助剂和杀菌剂，并根据固含（一般高于理论值）补加工艺水。搅拌一段时间，开始包装。此阶段主要是对真空度的控制，在逐渐提高系统真空度来降低丙酮的沸点，从而更有利于脱除。注意在逐渐提高系统真空度的时候要注意脱丙酮反应釜内的乳液状态，防止乳液起沫过于严重，从而影响脱丙酮的效率。