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水性聚氨酯涂料生产方法研究

1、课题的研究意义

水性聚氨酯的原理：

聚氨酯是聚氨基甲酸酯（polyurethane）的简称，一般定义为在高分子链的主链上含有重复的氨基甲酸酯键结构单元（-NH-CO-）的高分子化合物称为聚氨酯。通常是由二元或多元异氰酸酯与含两个或多个活泼氢化合物通过逐步聚合反应聚合而成除了生成氨基甲酸酯基团外，还生成脲、缩二脲等基团。所以广泛意义上说，聚氨酯是异氰酸酯的加成物。实际合成中，根据反应所用原料官能团数目的不同，可以制成线型结构或体型结构的聚氨酯树脂。所得到的聚氨酯乳液的性能及用途也就不一样。在反应生成的预聚物中引入亲水基团，成盐后加水乳化便可得到聚氨酯乳液，此法称为自乳化法。它主要是在聚氨酯树脂分子中含有侧挂的阴阳离子基团或非离子亲水链段，乳化时不需要加入乳化剂或保护胶体即可自动分散于水中而长期稳定#而且其粒径小、稳定性好、成膜性能好，但固含量一般低于123%另外#将预聚物在乳化剂存在下乳化也可得到聚氨酯乳液，此法称为外乳化法。它需在乳化剂和保护胶体存在下，采用高剪切力搅拌混合装置方可制得。其粒径相对较大，稳定性较差，但能制得243-543高固含量的乳液。随着乳化设备及乳化条件的不断更新，外乳化法越来越受到人们的重视。

水性聚氨酯涂料的发展前景：

    目前，国内水性聚氨酯涂料主要用于木器涂饰用涂料[1]。传统用于木器的涂料主要为溶剂型，在起到美化装饰作用的同时，却带来了环境的污染，也造成资源的浪费。我国在2001年颁布了室内装饰装修的有毒物排放标准，严格限制了甲醛、甲苯、苯等有毒有害物的排放。随着人们生活水平的提高和环保意识的觉醒，普通家庭对新住房的装修要求越来越高，一些地方开展的室内空气检测业务更使得一些有毒性装修材料被拒绝于市场之外。而水性聚氨酯涂料代替溶剂型涂料成为一种必然的发展趋势。

近几年，随着合成技术的发展，水性聚氨酯涂料的综合性能有了很大程度的提高。其发展的思路有三个方面(一是用双组分取代单组分，由于单组分水性聚氨酯的硬度和耐性达不到要求，通过添加水性的固化剂，可有效提高其综合性能。所用的固化剂主要为水性的多异氰酸酯[2]和聚氮丙啶。二是与丙烯酸树脂进行共聚，形成以丙烯酸为壳，聚氨酯为核的共聚乳液，其综合性能优于纯聚氨酯乳液，在硬度和耐性方面都有很大提高。三是合成水性紫外固化聚氨酯涂料，其性能甚至超过双组分的性能，和溶剂型涂料相媲美#适合于流水线作业的大型家具厂。高性能与低COD含量相结合的水性聚氨酯涂料具有广阔的应用前景[3]。涂膜干燥时间短、外观好、耐溶剂性好的水性聚氨酯涂料在木器涂料领域占有大量的市场份额。涂膜外观美好、具有良好的耐低温性和耐化学品性的水性聚氨酯皮革涂料。取代传统溶剂型丙烯酸皮革涂饰剂、硝基纤维素皮革涂饰剂#成为皮革涂料的主要品种。此外水性聚氨酯涂料还能应用于塑料涂料、工业涂料、腐蚀保护涂料和纸张涂料以满足不同的性能要求。随着对水性聚氨酯结构、性能、成膜过程的反应机理等进一步研究，结合新的水性多元醇聚合物的合成技术，水性聚氨酯涂料将会变得方便施工，涂膜性能易于设计和优化以满足特殊用途。水性聚氨酯涂料的进展为(进一步完善和发展高性能无缺陷水性聚氨酯涂料体系。依靠聚氨酯分子的可裁剪特性，在聚氨酯链上引入特殊功能的分子结构如含氟、含硅聚合物链，赋予聚氨酯涂膜多功能性。在合成原料上采用可再生资源如植物油、松香及废弃塑料制备多元醇，然后应用该多元醇合成水性聚氨酯，既可节省资源，又可改善水性聚氨酯涂膜性能。因而水性聚氨酯涂料有着广泛的发展前景。

  水性聚氨酯涂料的发展现状分析：

水性涂料是以水作溶剂或分散介质的涂料。最早的商品化水性涂料是在20世纪30年代出现的。基于其对环境的相容性和保护性，并具有节省资源、节约能源的优点，水性涂料产品很快就被市场接受，并逐渐发展扩大。日本、美国1986年水性涂料分别占涂料总销售量的18%和22%，英国1995年水性涂料产量占全国涂料总产量的64.5%。我国从60年代开始研究水性涂料，进入90年代后，国家大力扶持水性涂料的发展。目前的市场占有率不高，但是发展前景很好。尤其近年来，环保型涂料已日益引起国内外涂料界的重视，尤其是外墙涂料，目前世界上开发较多的是水乳型聚氨酯外墙涂料，不仅具有优异的耐候性，同时还具有水性涂料无污染的优点，是一种优良的环境友好型外墙涂料。因此，备受国内外研究工作者的关注，成为当今聚氨酯领域发展的重要方向。 

2、课题的基本内容

1.水性聚氨酯涂料的生产方法：

水性聚氨涂料的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种。外乳化法是指采用外加乳化剂，在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法。内乳化法又称自乳化法，是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法。

2.水性聚氨酯涂料的基本原料：

2.2.1大分子多元醇化合物

2.2.2多异氰酸酯

2.2.3亲水性扩链剂

2.2.4成盐剂

2.2.5溶剂

2.2.6水

2.2.7封端剂

3.水性聚氨酯涂料的生产设备

4.丙酮法生产操作

5.致谢

 

目  录

第一章   前言 6

1.1 水性聚氨酯涂料的发展现状 6

1.2水性涂料存在的问题 7

第二章 水性聚氨酯涂料生产 8

2.1 聚氨酯涂料的制备方法 8

2.1.1 丙酮法 8

2.1.2 预聚体混合法 8

2.1.3 熔融分散缩聚法 9

2.1.4  酮亚胺/酮联氮法 9

2.1.5 保护端基乳化法 10

2.2 基本原料 10

2.2.1 大分子多元醇化合物 10

2.2.2 多异氰酸酯 11

2.2.3 亲水性扩链剂 12

2.2.4 成盐剂 13

2.2.5 溶剂 14

2.2.6 水 14

2.2.7 封端剂 15

2.3 设备 15

2.3.1 预聚釜 15

2.3.2 分散釜 16

2.3.3 冷凝器 17

2.3.4 真空泵 17

2.4 丙酮法生产操作 18

2.4.1 投料 18

2.4.2 预聚反应 18

2.4.3 扩链 19

2.4.4 分散 19

2.4.5 脱丙酮 19

第三章  总结 20

3.1 工艺改进措施 20

致 谢 21

参考文献 22

 

参考文献

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