[发明专利]一种高固含量无毒级聚氨酯固化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料与粘合剂用聚氨酯固化剂，具体为一种高固含量无毒级聚氨酯固化剂的制备方法。

背景技术

聚氨酯涂料性能优良，是应用最广泛的涂料品种之一。聚氨酯固化剂是聚氨酯涂料的重要组成部分。聚氨酯粘合剂也有类似性质。但是聚氨酯固化剂中残余的二异氰酸酯是剧毒物质，所用的溶剂也污染环境。依据现代环保要求，聚氨酯固化剂必须解决两方面的问题：一，减少聚氨酯固化剂中游离二异氰酸酯单体的含量；二，提高聚氨酯固化剂的固含量来减少溶剂对环境的污染。所以开发高固含无毒固化剂有重要意义。

目前除去聚氨酯固化剂中游离二异氰酸酯单体的方法包括：化学反应法、超临界萃取法、溶剂萃取法、分子筛吸附法、薄膜蒸发法。

化学反应法有2种，一种是加入试剂和剩余的二异氰酸酯反应，另一种是加入胺、膦、金属皂类等催化剂使异氰酸酯自聚而降低游离单体的含量。但是上述化学反应法降低二异氰酸酯的同时，会造成有效NCO的降低，还会使产品分子量增大，使固化剂粘度变大，不利于配成高固含量的固化剂。

超临界萃取法是在超临界或液态的情况下使萃取剂通过预聚物并萃取夹带出其中的异氰酸酯，通过加温或减压使异氰酸酯和萃取剂分离；该工艺装备投资大，不是很适合作为除去聚氨酯固化剂中二异氰酸酯的方法。

溶剂萃取法采取混合烃加入固化剂的产品中，游离的二异氰酸酯单体溶于混合烃，而固化剂在底层析出，分离上层的混合烃，再加新鲜混合溶剂，萃取数次得到提纯的产品。萃取工艺路线长，操作困难，效率低，溶剂回收困难，分离溶剂和单体所需能耗大，很不经济。

分子筛吸附法将具有吸附功能分子筛装填入塔中，然后将预聚物通入塔中和分子筛充分混合接触以便于吸收游离的二异氰酸酯单体。分子筛吸附工艺简单，但存在分子筛脱单体困难的特点，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。

薄膜蒸发法分为内冷式和外冷式两种，薄膜蒸发法分离效果好，同时能耗较低，基本无污染，比起上述方法更有明显优势。然而目前生产的聚氨酯固化剂的合成工艺中，容易使固化剂发生副反应，固化剂相对分子量较大、粘度高、采用薄膜蒸发器分离残余单体时固化剂流动性差，容易堵塞薄膜蒸发器，不满足薄膜蒸发器的分离条件。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。

发明内容

本发明针对现有聚氨酯固化剂制备方法得到的聚氨酯固化剂固含量低、游离二异氰酸酯含量高、粘度大、流动性不好、不适合用薄膜蒸发器的缺点，提出了高效、经济、无污染的高固含量无毒级聚氨酯固化剂的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种高固含量无毒聚氨酯固化剂的制备方法，包括的步骤如下：

第一步、按重量比为10∶1至20∶1将羟基有机物和脱水溶剂加入脱水釜，加热到100℃～140℃，在有脱水溶剂及氮气保护的条件下脱水，将脱水后的多羟基有机物滴加到过量的重量浓度为10％-100％的二异氰酸酯单体，然后在30～90℃的低温下反应2～6小时，得到的聚氨酯预聚体；所述二异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酯、甲基环己基二异氰酸酯、氢化MDI、异佛尔酮二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯和/或亚苯二甲基二异氰酸酯；所述羟基有机物包括各种二元醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、二甘醇和/或三甘醇；所述脱水溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、环己烷、醋酸丁酯、环己酮和/或甲乙酮；

第二步、采用薄膜蒸发器对第一步得到的聚氨酯预聚体进行二级分离，第一级分离温度在90～180℃之间、压力在2000～10000Pa之间，第二级分离温度在170～230℃之间、压力在10～800Pa之间；

第三步、将第二级分离出来的蒸余物用泵抽入兑稀容器，搅拌稀释得到固化剂；兑稀容器中预先加入溶剂，将溶剂加热到80～140℃之间；所述溶剂包括醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲苯、二甲苯、环己酮、甲乙酮和/或醋酸溶纤剂。

为进一步实现本发明目的，所述的聚氨酯预聚体是用二异氰酸酯单体合成的三异氰酸酯聚氨酯化合物。

所述第三步兑稀得到的固化剂的固含量在60～85％之间、NCO值在7.9～13.5％之间、游离二异氰酸酯含量在0.15～0.5％之间。

所述的薄膜蒸发器为内冷式的薄膜蒸发器或者外冷式的薄膜蒸发器。