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水性聚氨酯制备的工艺简介
2020/6/3
本项目的双组分高固含量水性聚氨酯制备工艺是目前最先进的生产工艺, 也是最绿色环保的工艺。 该工艺主要由 PUA的逐步聚合、 PUA 的自由基聚合、 溶剂的脱除、 涂料的配制、丙酮回收利用蒸馏段等部分组成。 其中在 PUA的逐步聚合过程中又包括初聚物的制备、 醇扩链、 引入亲水基团和环氧改性、 丙烯酸单体的引入、中和、乳化、 胺扩链, 同时在整个的工艺实现过程, 还需要实现循环丙酮, 各种原料以及各种产品的输送等工作。这种工艺提高水性聚氨酯的固含量以降低水分挥发负荷、缩短成膜和干燥时间, 简化了工序, 同时提高了反应速度和反应收率, 节约了能源, 减少了对环境的污染, 同时, 高固含量的水性聚氨酯还具有设备利用率高、 运输成本和单位产品能量消耗低等优点。 另外, 由于采用本项目技术生产的水性聚氨酯鞋用胶粘剂产品与进口产品相比价格可以降低 40% , 这将进一步扩大对水性聚氨酯鞋用胶粘剂产品的需求。 预计其国内需求量超过10 万吨 /年, 市场价值约 30亿元人民币 /年。目前所使用的水性聚氨酯鞋用胶粘剂产品几乎全部依靠进口, 来自国外的水性聚氨酯胶粘剂主要是德国拜耳公司、 汉高公司和美国国民淀粉公司的产品, 进口产品在国内的售价高达 4~6万元 /吨。 我国在水性聚氨酯大底胶的研究方面进展较慢, 目前仅有几家机构开展此项工作, 国内尚无批量生产的水性聚氨酯鞋用胶粘剂产品, 本项目可填补国内空白。
1. 实验原料和试剂
1. 1 反应原理
本项目生产过程中所发生的主要的化学反应:
1. 3 反应设备
1. 3. 1 反应釜
( 1) 初聚物的制备: 加入多异氰酸酯 TD I和聚醚多元醇N 220, 在恒温水浴箱中逐渐升温至 80度, 在此温度下反应 2 小时, 这一步属于聚加成反应, 反应方程式如下:
( 2)醇扩链: 反应体系 70度下, 滴加醇扩链剂 BDO和有机溶剂, 控制温度不高于 80度。 待反应体系温度稳定后, 在 70度 下反应 1小时, 反应过程中视体系粘度适当补充丙酮。
( 3)引入亲水基团和环氧改性: 加入亲水扩链剂 DM PA、 E20和丙酮后, 保持温度至 70度, 在此温度下反应 3 小时左右, 反应过程中视体系粘度适当补充丙酮降粘。 引入亲水基团反应如下;
( 4)丙烯酸单体的引入: 在 70度 , 加入 MM A单体, 开始加入冷却水降温。
( 5)中和: 降低体系温度至 40e 以下, 加入计量的三乙胺和丙酮, 快速搅拌 5~ 10分钟, 使之充分反应, 得到亲水性 PU - M混合物。
1.3. 2 分散釜
分散过程 (乳化 ): 将 PU - M 混合物出料于分散桶内, 置于高速分散机上, 在设计的分散转速下剧烈搅拌, 同时将一定量的蒸馏水以一定的速度加入体系中, 使之分散形成乳液。
1.3. 3 聚合釜
( 1)胺扩链: 在上述分散的体系中加入计量的乙二胺水溶液, 继续高速搅拌 15分钟, 得到 PU - M 分散液。
( 2) MM A 聚合: 在 70度下保温 1 小时, 然后 3 小时滴加A IBN引发剂的丙酮溶液, 然后保温 1小时, 降温至接近室温, 过滤出料, 得到 PUA 复合乳液。
1.3. 4 薄膜蒸发器
在薄膜蒸发器中除去溶剂: 在 70度 下用真空泵抽除溶剂, 直到丙酮的含量少于 0.1% 。
1. 3. 5 搅拌槽
将乳液、 分散剂、流平剂、润湿剂、 成膜助剂、 流变改性剂、 增稠剂等按照顺序加入, 在搅拌槽中搅拌 15m in左右, 出料。 具体配比如表 2所示。
2 结 论
上述制备得到的产品具有经济、 安全 (不燃不爆 ) 、 无毒、 无污染、低 VO C、气味小和用后残留物易清理等优点, 可以替代进口产品, 满足国内迫切需要, 并可销往国外。 目前国内生产水性聚氨酯鞋胶的企业少之又少, 这就决定了本产品具有很强的竞争力与很广阔的市场, 说明了将产品推向国际市场也有一定的优势。
1. 实验原料和试剂
1. 1 反应原理
本项目生产过程中所发生的主要的化学反应:
1. 3 反应设备
1. 3. 1 反应釜
( 1) 初聚物的制备: 加入多异氰酸酯 TD I和聚醚多元醇N 220, 在恒温水浴箱中逐渐升温至 80度, 在此温度下反应 2 小时, 这一步属于聚加成反应, 反应方程式如下:
( 2)醇扩链: 反应体系 70度下, 滴加醇扩链剂 BDO和有机溶剂, 控制温度不高于 80度。 待反应体系温度稳定后, 在 70度 下反应 1小时, 反应过程中视体系粘度适当补充丙酮。
( 3)引入亲水基团和环氧改性: 加入亲水扩链剂 DM PA、 E20和丙酮后, 保持温度至 70度, 在此温度下反应 3 小时左右, 反应过程中视体系粘度适当补充丙酮降粘。 引入亲水基团反应如下;
( 4)丙烯酸单体的引入: 在 70度 , 加入 MM A单体, 开始加入冷却水降温。
( 5)中和: 降低体系温度至 40e 以下, 加入计量的三乙胺和丙酮, 快速搅拌 5~ 10分钟, 使之充分反应, 得到亲水性 PU - M混合物。
1.3. 2 分散釜
分散过程 (乳化 ): 将 PU - M 混合物出料于分散桶内, 置于高速分散机上, 在设计的分散转速下剧烈搅拌, 同时将一定量的蒸馏水以一定的速度加入体系中, 使之分散形成乳液。
1.3. 3 聚合釜
( 1)胺扩链: 在上述分散的体系中加入计量的乙二胺水溶液, 继续高速搅拌 15分钟, 得到 PU - M 分散液。
( 2) MM A 聚合: 在 70度下保温 1 小时, 然后 3 小时滴加A IBN引发剂的丙酮溶液, 然后保温 1小时, 降温至接近室温, 过滤出料, 得到 PUA 复合乳液。
1.3. 4 薄膜蒸发器
在薄膜蒸发器中除去溶剂: 在 70度 下用真空泵抽除溶剂, 直到丙酮的含量少于 0.1% 。
1. 3. 5 搅拌槽
将乳液、 分散剂、流平剂、润湿剂、 成膜助剂、 流变改性剂、 增稠剂等按照顺序加入, 在搅拌槽中搅拌 15m in左右, 出料。 具体配比如表 2所示。
2 结 论
上述制备得到的产品具有经济、 安全 (不燃不爆 ) 、 无毒、 无污染、低 VO C、气味小和用后残留物易清理等优点, 可以替代进口产品, 满足国内迫切需要, 并可销往国外。 目前国内生产水性聚氨酯鞋胶的企业少之又少, 这就决定了本产品具有很强的竞争力与很广阔的市场, 说明了将产品推向国际市场也有一定的优势。
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