[发明专利]一种预聚-乳化全连续制备水性聚氨酯的方法

说明书

本发明公开了一种预聚‑乳化全连续制备水性聚氨酯的工艺方法。该方法以声化学强化的双螺杆挤出机作为水性聚氨酯预聚、中和反应器，以静态混合器、管式乳化器作为预聚体乳化装置，预聚、乳化全连续进行，生产效率高、成本低、产品质量稳定，尤其适用于高固含水性聚氨酯生产。更为重要的是，在双螺杆挤出机的特定区域，加装特殊超声发生器，对预聚中间体进行声化学处理，可显著提升物料反应活性，使预聚反应后期可在70‑80℃低温条件下快速完成，生产工艺节能环保，也避免了后期高温导致的支化、交联、降解等副反应发生，获得的水性聚氨酯结构可控、品质稳定。上述工艺方法不使用任何有机溶剂，对原料无选择性，适用于任何类型水性聚氨酯的合成。

技术领域

本发明涉及一种预聚-乳化全连续制备水性聚氨酯的方法，属于高分子材料领域。

背景技术

水性聚氨酯于上世纪60年代问世，是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系。与传统溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯在使用过程中仅有水挥发进入大气，环境友好，满足现代绿色化工过程要求；同时，由于分散介质为水，水性聚氨酯还具有无毒、不易燃、不易爆等特性，可取代传统溶剂型聚氨酯，广泛应用于皮革、合成革、生物医疗、家具、汽车及航空航天等领域，属国家重点发展的新材料。

目前，水性聚氨酯最常用的生产工艺为间歇式生产，即先在预聚反应釜中合成主链含亲水基团的聚氨酯预聚体，再将物料转移到分散釜中和并加水乳化。这种生产工艺主要存在如下缺点：（1）反应时间长（6-8小时），生产效率低，生产成本高；（2）生产过度依赖人工，自动化程度低；（3）产品质量不稳定，各批次间差距较大；（4）为便于乳化，预聚体中须添加低沸点有机溶剂降低粘度，乳化后再减压蒸馏去除溶剂，造成能耗增加与资源浪费；（5）产品固含量低，导致干燥和运输费用成本高。

连续化生产可解决传统间歇式生产存在的瓶颈问题。专利CN202011253943.7、CN201310255840.8、CN201711045576.X、 CN201711049518.4、CN201210116805.3均采用双螺杆挤出机作为水性聚氨酯合成的反应器，可实现水性聚氨酯连续化生产。由于双螺杆挤出机的特点是生产效率高、作用时间短，上述专利只能通过提高反应温度（反应温度甚至超过了200℃）缩短反应时间。然而，聚氨酯反应的温度一般在70-90℃范围内，尤其是在反应后期，如温度超过90℃，会引发支化、交联等副反应，破坏原料配比，导致产品结构失控，既难于乳化，也影响产品品质。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种预聚-乳化全连续制备水性聚氨酯的方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下，所用物料的份数均为重量份数：

（1）将二异氰酸酯50-180份、二元醇80-300份、小分子扩链剂1-10份、亲水扩链剂5-20份、催化剂0.055-0.24份混合均匀，再预热至100-150℃，连续注入第一段双螺杆反应器，反应温度控制在100-150℃，反应时间2-4min；

（2）第一段反应完毕后，物料进入第二段超声处理区，超声强度为200-300W/cm²，频率为25-30kHz，反应温度控制在70-80℃，反应时间3-6min；

（3）第二段反应完毕后，物料进入第三段双螺杆反应器，反应温度控制在70-80℃，反应时间5-8min；

（4）第三段反应完毕后，物料与中和剂0-15份进入第四段双螺杆反应器，反应温度控制在30-40℃，反应时间1-2min，获得中和产物；

（5）将中和产物、去离子水300-1100份、后扩链剂0-3份同时注入第五段静态混合器进行预乳化；

（6）预乳化完毕后，物料进入第六段管式乳化器，循环流速为200-400r/min，循环次数为30-50次，乳化时间为20-40min，乳化后得到水性聚氨酯；