[发明专利]制备聚氨酯固化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备聚氨酯固化剂的方法，更具体地说，涉及在通过多异氰酸酯单体的自聚合反应或该单体与水的缩聚反应制备用于固化聚氨酯的一种固化剂的过程中分离游离异氰酸酯单体的方法。

背景技术

众所周知，聚氨酯固化剂是决定聚氨酯涂膜性能的重要因素，它直接影响或决定着漆膜的干性、物理机械性能、装饰性、耐介质性、耐久性和耐候性，固化剂的技术及产品质量水平代表着聚氨酯涂料的工业水平。

目前我国聚氨酯固化剂品种单一、固含量低、残留的游离异氰酸酯单体含量高，毒性大，降低聚氨酯固化剂中残余单体的方法包括化学反应法、溶剂萃取法、超临界萃取法、分子筛吸附法和真空蒸馏法等。

化学反应法是采用化学催化的方法，通过配方设计和特殊的合成工艺、使用高效催化剂等方法使残留在固化剂中的单体通过自聚或者和其它物质反应消除。采用化学方法降低残留单体含量工艺复杂，产品粘度高，分子量较大，分子量分布不均匀，与羟基树脂的相容性差，降低了聚氨酯涂料的性能，最重要的是不能配制成高固含量的固化剂，不符合环保要求。溶剂萃取法采用混合经加入到固化剂初级产品中，游离的异氰酸酯单体可溶解于混合烃中，而固化剂聚合物则不能溶解而在底层析出，分去上层的混合经溶剂，再加新鲜的混合溶剂，萃取数次得到提纯的产品。但萃取工艺路线长，操作困难，效率低，溶剂回收困难，残余溶剂会影响产品的性能，此外，溶剂必须不能含水，同时实现这些要求困难很大，分离溶剂和单体所需能耗大，很不经济。

超临界萃取和溶剂萃取的原理非常相似，采用二氧化碳、烃类等可在超临界状态下溶解单体而不能溶解聚合物的物质和聚氨酯固化剂初产品混合，带走其中的单体，单体和萃取剂分离，分离的单体再进入反应器制固化剂，萃取剂经过压缩返回再萃取，本法分离效率高。但该方法和溶剂萃取法比较，设备投资和操作成本更高，而且工艺还不成熟。

分子筛吸附法工艺简单，但存在分子筛脱附单体困难的缺点，致使大量单体浪费，所需分子筛不能重复利用导致成本高、污染环境。

目前国外普遍采用薄膜蒸发器来降低固化剂中残余单体，是一种行之有效的方法。我国目前生产使用的聚氨酯固化剂相对分子量较大，粘度高，采用。薄膜蒸发器分离粘度较高的固化剂时(例如：缩二脲、甲苯二异氰酸酯加合物)时，物料流速低，设备内部易被高粘度产物堵塞，刮板等活动装置易被粘连，造成分离效果差，装置运转不稳定。而且从目前已公开的文献(专利)来看采用薄膜蒸发法分离残余单体均需要采用三级或四级薄膜蒸发流程，生产效率低，且通常需要使用夹带剂，不仅增加了产品的生产成品，而且夹带剂会残留在终产物中，影响产品的应用。

如公开号为CN1583846的中国专利公开了一种聚氨酯固化剂中的异氰酸酯单体的分离方法，该方法采用内冷式(短程薄膜蒸馏法)或外冷式薄膜蒸发器，通过三级分离，游离TDI含量低于0.5％(按75％固体含量计)。其显著的特点是利用了高沸点的夹带剂，将残余的异氨酸醋单体在高温下蒸发出来。但是，这种夹带剂的使用必然会增加产品的成本；与此同时，夹带剂中含有游离单体，存在回收利用困难；另外产品中也会残留较多的夹带剂。由于夹带剂的沸点高，在实际使用过程中，夹带剂挥发困难，对产品的终端用途将产生不良影响且提高了对设备的要求，三级分离，流程较长，生产效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备聚氨酯固化剂的方法，能够处理高粘度固化剂，得到的固化剂游离异氰酸酯单体含量低、粘度小。

制备聚氨酯固化剂的方法，包括下列步骤：

第一步：将异氰酸酯单体或异氰酸酯单体与水加入反应釜中，在催化剂及助剂的存在下发生聚合反应得到含有游离异氰酸酯单体的聚合产物；

第二步：采用外冷式薄膜蒸发器对第一步得到的聚合产物进行一级分离，分离温度为80～200℃，压力为100～2000Pa，得到的主要含有未反应异氰酸酯的轻组分返回第一步反应釜继续参与反应；

第三步：将第二步从外冷式薄膜蒸发器分离出来的含有游离异氰酸酯单体的重组分，送入高速旋转床进行二级分离，二级分离温度在100～260℃之间，压力在1～1000Pa之间，得到聚氨酯固化剂。

其中，第一步为本领域常规的异氰酸酯单体的自聚反应或该单体与水的缩聚反应，通常反应温度为45～130℃，反应时间为2～20小时，并通过从反应釜中取样分析确定反应终点，得到含有游离异氰酸酯单体的聚合产物。制备方法可采用在专利CN1699352，CN1280588，CN1424345，CN101531641，CN1335302中公开的方法。