[发明专利]一种基于冲击混合和连续乳化的水性聚氨酯连续式合成方法

说明书

一种基于冲击混合和连续乳化的水性聚氨酯连续式合成方法，将聚合物二元醇、三乙胺、DMPA、1,4‑丁二醇混合得到原料A，二异氰酸酯为原料B，分别将原料A和原料B储存在两个原料罐中；将去离子水、扩链剂、乳化剂混合得到原料C，储存在原料罐中；将原料A和原料B加入到第一台聚氨酯浇注机中进行混合，得到混合液，混合液进入第一节反应管道，在85～90℃的条件下反应15～20min；将原料A和原料B反应后的物料和原料C进行混合，得到混合液，混合液进入第二节反应管道，在45～50℃的条件下反应10～15min，得到水性聚氨酯。本发明能够连续快速的生产水性聚氨酯，生产工艺稳定，产品质量稳定，性能良好。

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯技术领域，特别涉及一种基于冲击混合和连续乳化的水性聚氨酯连续式合成方法。

背景技术

随着国家和人民对环境保护的高度重视及要求的不断提高，溶剂型聚氨酯由于其严重的溶剂污染而逐渐被无污染型的聚氨酯代替，其中水性聚氨酯(WPU)由于环保性和良好的综合性能在聚氨酯领域具有十分广阔的前景。

目前，水性聚氨酯可采用外乳化法和内乳化法制备。外乳化法即在外加乳化剂的条件下依靠高剪切力将聚氨酯强制乳化于水中，该方法制备的WPU粒子粒径粗大，稳定性较差，国内外目前已很少采用这种制备方法。内乳化法是指，在预聚体合成的这个过程中，将具有亲水作用的基团引入到PU的主链上，利用亲水基团使PU链段本身具有亲水性。然后在剪切外力作用下，分散到水中形成WPU乳液。这种生产WPU乳液的方法，可以得到稳定性好和机械性能优异的PU，是目前生产WPU的普遍方法。

根据水性聚氨酯合成方法的特点，主要包括以下几种合成工艺。

(1)预聚体分散法

预聚体分散法指先在合成聚氨酯预聚体时引入亲水基团，在不加溶剂或者加入很少溶剂的条件下进行中和乳化，乳化的同时再加入扩链剂进行后扩链，最后得到WPU树脂。这种合成工艺具有使用的溶剂少的优点，能够生成支化的大分子。

(2)丙酮法

丙酮法指在合成预聚体的过程中，使用较多的有机溶剂来稀释聚氨酯，防止粘度太大导致乳化困难，然后加水进行乳化，形成WPU，最后再将WPU乳液中的溶剂蒸离。而丙酮作为最常用的有机溶剂，所以也称丙酮法。该法合成的水性聚氨酯性能稳定，重复性好，但是使用了大量的溶剂，会对环境造成污染。

(3)熔融分散法

熔融分散法指合成含有亲水基的缩二脲基或端脲基聚氨酯低聚物，然后将其熔融，在机械搅拌下直接乳化于水中，乳化的同时再与甲醛进行扩链反应。整个反应无需溶剂，但是维持合成反应过程的温度较高，而且得到的PU分子量较低。

(4)酮亚胺/酮连氮法

酮亚胺/酮连氮法是指在预聚体分散法中用酮亚胺或酮连氮来代替二元伯胺进行后扩链。酮亚胺/酮连氮是一种封端的二胺类扩链剂，二胺在反应过程中能够稳定的解封出来，可以使扩链反应平稳的进行。所以用该法制备的水性聚氨酯具有性能良好、粒径比较均匀和乳液稳定性高的特点。

(5)保护端基乳化法

保护端基乳化法指在预聚体乳化之前用封闭剂将异氰酸酯基团封闭起来，然后进行乳化制备得到水性聚氨酯。这种水性聚氨酯在使用过程中，通过加热可以使封闭的异氰酸酯基团解封出来，这些异氰酸酯基团可以和水或其他交联剂发生反应，形成性能优异的聚氨酯材料。这种制备方法的关键是选择封闭效果好且解封温度合适的封闭剂。

依据上述传统的水性聚氨酯生产工艺，基本上都是采用间歇式的生产方式，导致生产效率低，产品质量不稳定，批差较大。而且多数的生产过程有溶剂的参与，会有溶剂的污染和残留。

发明内容