[发明专利]一种聚氨酯水分散液的制备方法及其装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种聚氨酯水分散液的制备方法及其装置。

二、背景技术

聚氨酯水分散液可以用于涂料、胶粘剂、表面处理剂、建材等领域。高浓度聚氨酯水分散液可以用各种基材的涂布。例如，用作木材、金属、塑料、纸、皮革、纺织品、毡、玻璃等的漆膜。以致它的研究开发方兴未艾。

聚氨酯水分散液大致分为强制乳化型、水溶性型和自乳化型等三种类型水分散液。

强制乳化型聚氨酯水分散液就是通过外加乳化剂(表面活性剂)把溶液聚合的聚氨酯树脂进行水分散后，用二胺扩链后，除去溶剂使预聚体强制乳化，从而得到乳化状态的聚氨酯水分散液。其缺点是聚氨酯水分散液中聚氨酯粒子直径大，分散液储罐稳定性差，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异氰酸酯反应可制备得到水溶液状态的聚氨酯水分散液。不过，这种水分散液制品的耐水性差，经交联反应后，可用于一些特殊的场合。

自乳化型聚氨酯水分散液就是将离子基团导入聚氨酯树脂或聚氨酯预聚体构造内使聚氨酯树脂无需外加乳化剂就能形成水分散液。自乳化型聚氨酯水分散与其他两种水分散液比较，其粒子直径小，储藏稳定性高，分子设计幅度广，比其他两种水分散液好。

自乳化型聚氨酯水分散液和其它两种水分散液也有共同点，通常用装备有搅拌叶片的反应釜进行间歇式制造。即在反应釜内由异氰酸酯和多元醇反应，再加入赋予亲水基的二羟甲基丙酸和亲水性助溶剂进行反应来制备聚氨酯预聚体，这些助溶剂如：丙酮、丁酮、乙二醇醚和N-甲基吡咯烷酮等。然后经水分散后和通过二胺来进一步扩链，得到水分散的聚氨酯。有时随制品的用途不同，低沸点的助溶剂可用蒸馏的方法除去；有时则保留高沸点的助溶剂，省略蒸馏工序。

在自乳化型聚氨酯水分散液的间歇式制造工艺中，分为预聚体制备、预聚体水分散和分散液扩链等三个主要阶段。预聚体在进入水分散前，必须添加三乙胺等成盐剂。三乙胺既是成盐剂也是聚氨酯反应的催化剂，使得含有-NCO基团预聚体的粘度急剧上升，必须在一定时间(如60分钟)内用完，否则将无法乳化，影响乳化液的质量；在生产含TDI的预聚体时，情况会更加严重，甚至会发生严重的堵塞管道的情形，上述情形限制间歇法生产规模的扩大，比较适合分批生产1000公斤的乳液。

间歇法生产的乳化阶段是在带乳化装置的带搅拌的扩链反应釜中进行的，间歇法生产相转化时会发生粘度上升的现象，水分散处理能力随预聚体放入量、反应釜混合，搅拌能力而异，由于搅拌不充分和制品粒子分散不均匀，制品的分散性差；聚合后少量预聚体可粘附在反应釜内壁和底部，所以，每次处理结束都得清洗反应釜一次，用一个反应釜进行一连串的处理，使大生产受到限制，例如，要制得1吨制品聚氨酯水分散液就要花1～2天时间。

分散液扩链阶段，通常选用滴加的方式在分散液液面上方加入扩链剂乙二胺(通常是20％的水溶液)。基于乙二胺与预聚体末端的-NCO基团反应是快速反应，要使扩链反应均匀必须缓慢地滴加二胺水溶液，如果由于液面处的搅拌剪切能力差，如果加入速度太快容易导致局部乳液的乙二胺过量，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；同时导致另外一部分乳液乙二胺量的不足，形成NCO末端的乳液，在反应结束后不同性质的乳液在一起，自然会降低分散液的储存稳定性、制品的使用性和制品成膜后的光泽度。间歇生产方式要获得良好扩链的乳液，必须充分延长滴加时间。在生产规模扩大时，耗时的增加就特别明显。

鉴于间歇法生产聚氨酯水分散液耗时长的缺点，逐渐开发出连续生产聚氨酯水分散液的方法。现有技术US7,345,110B2，Mar，18，2008披露连续生产水性聚氨酯的过程，首先将聚氨酯预聚体和水按比例，于80℃由T型喷嘴内设有一喷孔，该喷孔直径2mm以0.2～50巴压力差将预聚体喷射到水中经混合段生产预乳化液，接着通过6个喷射分散器；每个喷射器内设有两个小孔，九孔直径0.8mm，以压力差17巴均化乳状液成为乳液，继之，把物料温度冷却到29℃放入玻璃容器中以乙二胺和水合肼扩链、过滤获得聚氨酯水分散液，其质量指标为：平均离子直径50nm，pH＝8.0，固含量38.6％。该法以T型喷嘴乳化聚氨酯预聚体，设备结构复杂难于清理，所用压力较大。必须加予改进。