【文章內(nèi)容簡介】 水的蒸發(fā)熱較高 ， 這就要求用其他手段來幫助水的蒸發(fā)。對于低溫和高濕這兩種特殊情況 ， 水的蒸發(fā)就更慢了 ， 因此干燥時間長 ， 而助溶劑的加入則更使其雪上加霜。由于助溶劑在幫助成膜和提高涂膜性能方面是相當(dāng)多的水性涂料不可缺少的組分 ， 故除去助溶劑并不是一件容易的事情。 水性涂料的發(fā)展 現(xiàn)狀 聚氨酯是氨基甲酸酯樹脂的簡稱，其分子中含有特征單元結(jié)構(gòu)氨基甲酸酯（ NHCO）。聚氨酯應(yīng)用十分廣泛，作為涂料具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、耐化學(xué)品性、硬度大、高彈性等優(yōu)點。 水性聚氨酯 （ PU） 是水性涂料中很有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，它包括單組分聚氨酯涂料和雙組分聚氨酯涂料兩種，是以水為介質(zhì)的二元膠態(tài)體系 ， 不僅具有無毒、不易燃燒、不污染環(huán)境、節(jié)能、安全可 靠 、不易損傷被涂飾表面、易操作和改性等優(yōu)點；同時還具有溶劑型聚氨酯的一些重要的性能特征 ， 使得它在織物 、 皮革涂飾及粘合 劑等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單組分水乳型聚氨酯的特征在于很高的斷裂伸長率 （ 達(dá)到 800%以上 ） 和較高的抗拉伸強度 （ 達(dá) 20MPa 左右 ）， 但因其具有線型結(jié)構(gòu) ， 分子中含有親水基團(tuán) ， 其耐水性、耐溶劑性較差 ， 應(yīng)用受到了限制 . 水性雙組分聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域基本上與溶劑型涂料相當(dāng) ， 既可用于熱敏材料 （ 如木材、塑料 ） 和不能烘烤的大型物件 ， 也可用于諸如汽車類的烘烤物件 .通過對報道的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比 ， 表明 ， 水性雙組分聚氨酯涂料除了干燥時間稍長和適用期稍短外 ， 涂膜的裝飾性、機械性能、耐化學(xué)性和耐候性均可與溶劑型雙組分 PUR 涂料 相媲美。 山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第 七 頁 第二章 水性聚氨酯的合成 水性聚氨酯的合成 山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第 八 頁 山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第 九 頁 丙酮法 1. 預(yù)聚反應(yīng)：大分子多元醇， 小分子多元醇（包括親水性擴鏈劑），催化劑， 異氰酸酯，適量丙酮；升溫至 8085℃反應(yīng) 4小時，待 NCO含量達(dá)到預(yù)先設(shè)定 的值。 2. 擴鏈反應(yīng)：降溫到 5060℃，加入計量丙酮稀釋后轉(zhuǎn)送至分散釜內(nèi)，控制預(yù) 聚體溫度在 6070 ℃，加入胺基擴鏈劑反應(yīng) 1530min。 3. 分散：加入中和劑（如：叔胺），攪拌 35分鐘，高速分散（ 6001200轉(zhuǎn)） 緩 慢加水相轉(zhuǎn)變后完成乳化。 4. 脫丙酮：最后將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到脫揮，在真空度 ，溫度為 30 50℃下脫出丙酮，測試丙酮含量達(dá)到要求后，即可得到產(chǎn)品。 首先合成含 NCO 端基的高粘度聚氨酯預(yù)聚體，加丙酮溶解，使其粘度降低，然后用含離子基團(tuán)擴鏈劑進(jìn)行擴鏈，在高速攪拌下通過強剪切力使之分散于水中，乳化后減壓蒸餾脫除溶劑丙酮，得到水性聚氨酯分散液。 丙酮法易于操作，重復(fù)性好，制得的水性聚氨酯分子量可變范圍寬，粒徑的大小可控，產(chǎn)品質(zhì)量好，是目前生產(chǎn)水性聚氨酯的主要方法。但該法需使用低沸點丙酮， 易造成環(huán)境污染，工藝復(fù)雜，成本高，安全性低，不利于工業(yè)生產(chǎn) 。 山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第 十 頁 預(yù)聚體法 1. 預(yù)聚反應(yīng)：大分子多元醇（分子量 10004000）：包括聚酯型和聚醚型； 二異氰酸酯：脂肪族和芳香族；按照一定配比加入反應(yīng)釜中（根據(jù)需要加催 化劑），升溫到 8090℃反應(yīng) 2~3小時； 2. 前擴鏈反應(yīng) : 降溫到 50℃以下，加入丙酮稀釋后，分別加入親水性擴鏈劑， 升溫到 3040℃反應(yīng) 3小時，測 NCO。 3. 中和、分散：降溫到 4050℃加入丙酮調(diào)節(jié)到合適的粘度，將預(yù)聚體轉(zhuǎn)移到分 散釜，加入叔胺中和 35分鐘，高速剪切下（ 6001200轉(zhuǎn)）緩慢加水相轉(zhuǎn)變后 完成乳化。 4. 后擴鏈 : 加入水稀釋的二胺類擴鏈劑，保持 3040℃半小時，熟化 5~8小時。 5. 脫丙酮 : 最后將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到脫揮，在真空度 ，溫度為 30 50℃下脫出丙酮，測試丙酮含量達(dá)到要求后，即可得到產(chǎn)品。 首先合成含親水基團(tuán)及端 NCO 的預(yù)聚體，當(dāng)預(yù)聚體的相對分子量不太高且粘度較小時，可不加或加少量溶劑，高速攪拌下分散于水中，再用親水性單體 (二胺或三胺 )將其部分?jǐn)U鏈，生成相對分了量高的水性聚氨酯一脈。最終得到水性聚氨酯分散液。為合成低粘度預(yù)聚體，通常選擇脂肪族或脂環(huán)族多異氛酸酷，因為這兩種多異氰酸酷的反應(yīng)活性低，預(yù)聚體分散于水中后用二胺擴鏈時受水的影響小。但預(yù)聚體混合分散過程必須在低溫下進(jìn)行，以降低 NCO 與水的反應(yīng)活性 。必須嚴(yán)格控制預(yù)聚體粘度，否則預(yù)聚體在水中分散將非常困難 ,預(yù)聚體混合法避免了有機溶劑的大量使用，工藝簡單，便于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。缺點是擴鏈反應(yīng)在多相體系中發(fā)生，反應(yīng)不能按定量的方式進(jìn)行。 （我們現(xiàn)場生產(chǎn)中由于工藝不夠成熟所山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第 十一 頁 以我們主要就運用以上兩中方法進(jìn)行生產(chǎn)與學(xué)習(xí)所以相對介紹的比較具體一下集中也是生產(chǎn)中常 用的方法）。 熔融分散縮聚法 熔融分散縮聚法又稱熔體分散法，是一種無溶劑制備水性聚氨酯的方法。該法把異氛酸酯的加聚反應(yīng)和氨基的縮聚反應(yīng)緊密地結(jié)合起來。先合成帶有親水性離子基團(tuán)和 NCO 端基的聚氨酯預(yù)聚物，預(yù)聚物與尿素進(jìn)行加聚反應(yīng)得到含離子基團(tuán)的端脈基聚氨酯雙縮二脈低聚物。此低聚物在熔融狀態(tài)下與甲醛水溶液發(fā)生縮聚反應(yīng)和經(jīng)甲基化應(yīng)，形成含經(jīng)甲基的聚氨酯雙縮二脈，用水稀釋后，得到穩(wěn)定的水性聚氨酯分散液。 該方法的特點 :反應(yīng)過程中不需要有機溶劑，工藝簡單，易于控制，配方可變性較大，不需要特殊設(shè)備，因具廣 闊的發(fā)展前景。但該法反應(yīng)溫度高，生成的水性聚氨酯分散體為支鏈結(jié)構(gòu)，分子量較低。 酮亞胺 /酮聯(lián)氮法 在預(yù)聚體混合法中，采用水溶性二元伯胺作擴鏈劑時，由于氨基與 NCO 基團(tuán)反應(yīng)速率過快，難以獲得粒徑均勻而微細(xì)的分散體。擴鏈階段若用酮亞胺或酮聯(lián)氮代替二元伯胺進(jìn)行水相擴鏈則能解決此問題。酮亞胺由酮與二胺反應(yīng)生成，酮聯(lián)氮由酮與肼反應(yīng)生成。酮亞胺 /酮聯(lián)氮與含離子基團(tuán)的端 NCO 聚氨酯預(yù)聚體混合時不會過早發(fā)生擴鏈反應(yīng)，但遇水時，酮亞胺 /酮聯(lián)氮與水反應(yīng)則釋放出二胺/腆，對預(yù)聚體進(jìn)行擴鏈，由于受釋放反應(yīng)的制 約，擴鏈反應(yīng)能夠平穩(wěn)地進(jìn)行，得到性能良好的水性聚氨酯一脲分散液。 酮亞胺 /酮聯(lián)氮法適用于由芳香族異氰酸酯制備水性聚氨酯分散液，該法融合了丙酮法、預(yù)聚體混合法的優(yōu)點，是制備高質(zhì)量水