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高固含量水性聚氨酯扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-2-21 11:39:58
本文分析目前水分散体聚氨酯制备工艺,结合高固含量水性聚氨酯扩链剂改进制备工艺,提出了目前水分散体聚氨酯制备工艺中仍尚需改进的地方。

传统溶剂型聚氨酯是通过甲苯、二甲苯、酮类、乙酸乙酯等有机溶剂以溶液聚合法制得,这些溶剂易燃易爆、易挥发、气味大、污染环境。水性聚氨酯以水为分散介质,具有不燃、气味小、不污染环境、节能、操作加工方便等优点。

1969年合成不含乳化剂的聚氨酯水分散体。随后水性聚氨酯发展迅速并在很多领域都有所应用,如皮革涂饰、手套、导管、涂料等。国内随着原料价格的降低,水性聚氨酯的研究和应用得到迅速的发展。

合成水性分散的聚氨酯体系主要有两种工艺方法。一种是外乳化法即在体系中加入乳化剂稳定分散液。它是1953年W.Yandott发明的,其制备工艺是在适合的有机溶剂中合成预聚体,加入乳化剂后在强剪切力作用下分散于水中并进行扩链最终得到水性聚氨酯。

但由于该工艺中需要很大的剪切力,对设备要求较高。乳化剂用量较大,残留在体系中使得乳液颗粒粗而且储存稳定性差。

产品各方面性能满足不了越来越高的要求,目前工业生产中单纯依靠加外乳化剂来达到稳定乳液体系的应用很少见了。另外一种是自乳化法,通常是在聚氨酯分子主链或支链结构中引入亲水基团。高固含量水性聚氨酯扩链剂亲水基团的类型可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型4种。

其中应用最为广泛的是阴离子型水性聚氨酯,常用的亲水基团主要是羧酸盐型和磺酸盐型两类。相对综合性能最佳的亲水基团是DMPA,它有很高的羧基含量,而且其中的两个甲基对它和NCO基团反应产生位阻,抑制了副反应。

目前,根据制备工艺不同,可以得到不同固体物含量和相应性能的水性聚氨酯产品,而主要制备工艺可分为丙酮法、预聚物混和法、热熔法、酮亚胺/酮连氮法。目前工业生产和实验室研究主要采用丙酮法和预聚物混和法,这是基于它们的合成工艺相对简单以及制备条件相对不是很苛刻。

其中,在工业化领域,按照生产工艺流程分为间歇式工艺法,半连续工艺法以及连续工艺法。目前大多数中小型企业生产线采用的是间歇式工艺法。但随着环保节能的要求越来越迫切,半连续工艺法以及连续工艺法的应用已开始实施并具有显著的产业化应用价值。



4,4'-双仲丁氨基二苯基甲烷(MDBA)优点:

液体,安全易操作

釜中寿命长

毒性低-艾姆斯试验为阴性

流动性和附着性提高

湿度灵敏性低

可用于MDI预聚物的熟化

与多种多元醇共熟化剂和其他聚氨酯化学原料兼容

可用于室温熟化

硬泡: 增强压缩强度尺寸稳定性,降低易脆性,闭孔率高,导热系数低

TDI软泡: 低密度,高强度,高承载性

MDI软泡:低密度,低硬度,强度增强


间歇式工艺技术是目前常用的生产工艺,其工艺过程分为三步:

(1)由多元醇,含亲水基或者含预亲水基团的多元醇与过量异氰酸酯在合适的催化剂下催化制得预聚物。在制备过程中可以加入适量的溶剂稀释,起到降低黏度的作用,常用的溶剂有丙酮和NMP等。

(2)在反应罐中加入中和剂,得到离子型预聚物。然后将离子型预聚物加入到含有高固含量水性聚氨酯扩链剂的水中,在剧烈搅拌的情况下进行扩链和分散乳化作用。
(3)低压下继而脱除溶剂、脱气后得成品。

工艺优点:间歇式工艺设备简单,易于调控。

工艺缺点:

(1)合成工艺中需要高能剪切搅拌器,对设备要求较高,消耗大量的能量。

(2)因分散液并非立即形成,需保持较长时间,后果是在高剪切力作用下,异氰酸酯难免与水反应,对分散液性能起负面影响,并导致分散液性能的致命变差。

(3)工艺中需要加入较多的溶剂使得脱除溶剂工序消耗较多的能量,且对成品的外观有一定的影响。

(4)基本是适用小规模生产,但各批次产品质量可能有差异,产品质量稳定性差。

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