一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺。该工艺包括：1)二异氰酸酯、有机金属催化剂和亲水扩链剂/聚四氢呋喃醚二醇溶液连续通入第一预聚釜进行一段聚合；再通入第二预聚釜进行二段聚合。2)将得到的二段聚合物料与叔胺类中和剂连续通入第一静态混合器中和反应生成水性聚氨酯预聚物。3)预聚物通入第一高速剪切混合乳化器，在含有磺酸盐型扩链剂的水溶液中乳化的同时发生扩链反应；送入第二高速剪切混合乳化器，连续滴加水合肼后扩链剂得到水性聚氨酯乳液。4)将水性聚氨酯乳液与去离子水在第二静态混合器连续混合；通入调漆釜与助剂颜料浆混匀。与现有技术相比，本发明专利技术具有产品制备工艺简单、稳定性好、高效经济的特征。

Process for preparing waterborne polyurethane optical coating by continuous method

The invention discloses a method for preparing waterborne polyurethane optical coating by continuous method. The process includes: 1) diisocyanate, organic metal catalyst and hydrophilic chain extender / polytetramethylene ether glycol solution continuously into the first prepolymerizer were a period of polymerization; then the second prepolymerizer were two stage polymerization. 2) the obtained two segment polymer material and the tertiary amine neutralizer are continuously connected into the first static mixer to react to generate the aqueous polyurethane prepolymer. 3) prepolymer into the first high shear mixing emulsifier, emulsified in an aqueous solution containing sulfonate chain extender in simultaneous chain extension; into the second high shear mixing emulsifier, continuous dropping water hydrazine chain extender obtained aqueous polyurethane emulsion. 4) the waterborne polyurethane emulsion with deionized water mixing in second static mixer; pass into the paint pot and pigment paste mixing additives. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simple preparation process, good stability and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚氨酯涂料的制备工艺，具体涉及一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺。
技术介绍
光学涂料涂布在底材上可以使表面显示不同的光学特性，例如消光、防眩光、抗反射和高反射等。作为一类正在崛起的新型涂料，其可广泛的应用于汽车业、医疗业、军工业等领域。水性聚氨酯光学涂料因其环保和光学特性完全由成膜树脂本体产生，近年来在国内外涂料行业备受瞩目。自上世纪60年代末工业化以来，水性聚氨酯发展极为迅速，但其生产工艺到目前为止还只有间歇法生产和半连续法生产。所谓的间歇法生产工艺是将水性聚氨酯预聚物放在反应釜中进行，而中和与分散，则在分散釜中实现；该工艺合成中，当采用价格低廉的芳香族二异氰酸酯作为原料时，反应性太大，停留时间长，用二胺扩链变得不可控，往往需要很剧烈的搅拌力去分散从而达到较短的停留时间，这在工业生产中浪费能量，而且对设备要求较高，产品也不稳定。所谓的半连续法生产工艺是采用与间歇法相同的间歇预聚工艺，其后采用连续的分散器进行分散。无论间歇法还是半连续法生产工艺，其主要不足均为生产周期长，生产自动化程度低和设备利用率低。近年来国外部分大公司如Dow、Mobay和Bayer等公司已开始研究采用的水性聚氨酯连续法制备工艺[连续法合成聚氨酯水分散体，叶青萱，聚氨酯工业，20(2)，2005，1‐5]，其工艺技术是：首先将多元醇、含有亲水基团物质和过量异氰酸酯在搅拌釜内反应制得预聚物。继而连续中和预聚物并将其连续的分散于含有扩链剂的水中，制得聚氨酯分散体。由于合成预聚物时亲水扩链剂二羟甲基丙酸的加入，其羧酸基团的强氢键形成倾向导致预聚物粘度很高而难以控制，故这些工艺仅中和与扩链部分为连续模式，所以严格来说，这些制备分散体工艺还不是完全的连续工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种环保和光学特性完全由成膜树脂本体产生的一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺，所制得的涂料具有光学特性明显、固含量较高、不含有机溶剂、贮存稳定性好等特性；制备工艺可节约能耗，提高生产效率，且产品质量稳定，适于较大规模生产。本专利技术合成预聚物时，克服了由于加入亲水扩链剂2,2‐二羟甲基丙酸，其羧酸基团的强氢键形成导致预聚物粘度很高而难以控制的问题；本专利技术基于预聚反应中亲水扩链剂和聚四氢呋喃醚二醇之羟基活性的不同，为获得亲水扩链剂在预聚物分子链中分布均匀，以及为避免亲水扩链剂的引入使预聚物合成过程中体系粘度过高，优化设计了两阶段预聚合工艺。本专利技术采用预聚、中和与扩链均为连续的工艺技术方法，通过改变反应物料通入速度、预聚和中和反应的温度及停留时间、扩链反应的搅拌速率等，实现乳液稳定性好、胶粒粒径大小及其分布可控，所制得的涂料具有光学特性明显、固含量较高、不含有机溶剂、贮存稳定性好等特性。为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺，包括以下步骤：(1)将二异氰酸酯、亲水扩链剂/聚四氢呋喃醚二醇溶液、有机金属催化剂分别以15～20公斤/小时、30～36公斤/小时、2～20克/小时速度连续通入或滴入第一预聚釜进行一段聚合：停留时间为1.0～1.5小时，反应温度控制在55～65℃；然后再通入第二预聚釜进行二段聚合：停留时间为2.0～2.5小时，反应温度控制在75～85℃；亲水扩链剂与聚四氢呋喃醚二醇的质量比1：20～25；(2)将步骤(1)得到的二段聚合物料与叔胺类中和剂连续通入第一静态混合器叔胺类中和剂，通入速度为0.8～1.2公斤/小时，中和成盐0.15～0.25小时后，冷却至室温，即得水性聚氨酯预聚物；(3)水性聚氨酯预聚物通入第一高速剪切混合乳化器，在含有磺酸盐型扩链剂的水溶液中乳化的同时发生扩链反应：磺酸盐型扩链剂(质量浓度0.5～6％)水溶液的通入速度为65～75公斤/小时，扩链反应0.25～0.35小时，搅拌速率控制在1400rpm～3200rpm；然后送入第二高速剪切混合乳化器，连续滴加水合肼后扩链剂反应得到水性聚氨酯乳液：水合肼滴加速度为1～2公斤/小时，后扩链反应0.15～0.25小时，搅拌速率控制在600rpm～1000rpm；(4)将水性聚氨酯乳液与去离子水在第二静态混合器中连续混合，以调节乳液固含量在20～45％，配合的去离子水速度0.5倍于水性聚氨酯乳液的通入速度；最后，将调配好的水性聚氨酯乳液通入调漆釜与助剂颜料浆混匀，得水性聚氨酯光学涂料。为进一步实现本专利技术目的，优选地，步骤(1)所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和/或苯二亚甲基二异氰酸酯。优选地，步骤(1)所述的亲水扩链剂为2,2‐二羟甲基丙酸和/或2,2‐二羟甲基丁酸。优选地，步骤(1)所述的聚四氢呋喃醚二醇分子量为1000g/mol。优选地，步骤(1)所述的有机金属催化剂为异辛酸铋和二月桂酸二丁基锡中的一种。优选地，步骤(2)所述的叔胺类中和剂为三乙胺和/或三丙胺。优选地，步骤(3)所述的磺酸盐型扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠和/或乙二胺基丙磺酸钠。优选地，步骤(4)所述第二静态混合器的乳液进料速度为制备水性聚氨酯乳液所有物料的进入速度之和。优选地，所述助剂颜料浆包括德国毕克化学公司的BYK‐019和BYK‐141消泡剂、BYK‐333和BYK‐346流平剂、美国OMG公司的BorchiGelLW44增稠剂以及美国Momentive高新材料公司的CoatOSil1770固化剂等。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术基于预聚反应中亲水扩链剂和聚四氢呋喃醚二醇之羟基活性的不同，为获得亲水扩链剂在预聚物分子链中分布均匀，以及为避免亲水扩链剂的引入使预聚物合成过程中体系粘度过高，优化设计了两阶段预聚合工艺；避免了合成预聚物时，由于加入亲水扩链剂2,2‐二羟甲基丙酸，其羧酸基团的强氢键形成导致预聚物粘度很高而难以控制的问题；2、本专利技术方法通过改变反应物料通入速度、预聚和中和反应的温度及停留时间、扩链反应的搅拌速率等，实现乳液稳定性好、胶粒粒径大小及其分布可控，所制得的涂料具有光学特性明显、固含量较高、不含有机溶剂、贮存稳定性好等特性。3、本专利技术的方法中预聚合及其中和扩链采用双釜和多混合(乳化)器串联式的连续制备工艺，中和过程和分散过程在连续的方式中进行，可节约能耗，提高生产效率，且产品质量稳定，适于较大规模生产。4、本专利技术因其预聚过程、中和过程和分散过程均在连续的方式中进行，在合成中方便加入其它分散液共混，在最终成品中加入各种助剂也比较容易控制，故产品质量稳定，生产经济高效。附图说明图1为本专利技术连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺的流程示意图。图中示出：第一预聚釜1、第二预聚釜2、第一静态混合器3、第一高速剪切混合乳化器4、第二高速剪切混合乳化器5、第二静态混合器6、第一调漆釜7、第二调漆釜8、第三调漆釜9。具体实施方式下面通过对本专利技术实施例的具体描述来进一步说明本专利技术，需要说明的是，实施例并不构成对本专利技术要求保护范围的限定。实施例结果汇总于表1。实施例中所涉及的测试方法说明如下：1)固含量：依照GB/T1725‐1979涂料固体含量测定法测定。2)涂膜制备方法：依照GB/T1727‐1992漆膜一般制备法，将制备的水性聚氨酯光学涂料用滚涂的方法涂布于洁净的玻璃板，膜厚度为(35±5)μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)将二异氰酸酯、亲水扩链剂/聚四氢呋喃醚二醇溶液、有机金属催化剂分别以15～20公斤/小时、30～36公斤/小时、2～20克/小时速度连续通入或滴入第一预聚釜进行一段聚合：停留时间为1.0～1.5小时，反应温度控制在55～65℃；然后再通入第二预聚釜进行二段聚合：停留时间为2.0～2.5小时，反应温度控制在75～85℃；亲水扩链剂与聚四氢呋喃醚二醇的质量比1：20～25；(2)将步骤(1)得到的二段聚合物料与叔胺类中和剂连续通入第一静态混合器叔胺类中和剂，通入速度为0.8～1.2公斤/小时，中和成盐0.15～0.25小时后，冷却至室温，即得水性聚氨酯预聚物；(3)水性聚氨酯预聚物通入第一高速剪切混合乳化器，在含有磺酸盐型扩链剂的水溶液中乳化的同时发生扩链反应：磺酸盐型扩链剂(质量浓度0.5～6％)水溶液的通入速度为65～75公斤/小时，扩链反应0.25～0.35小时，搅拌速率控制在1400rpm～3200rpm；然后送入第二高速剪切混合乳化器，连续滴加水合肼后扩链剂反应得到水性聚氨酯乳液：水合肼滴加速度为1～2公斤/小时，后扩链反应0.15～0.25小时，搅拌速率控制在600rpm～1000rpm；(4)将水性聚氨酯乳液与去离子水在第二静态混合器中连续混合，以调节乳液固含量在20～45％，配合的去离子水速度0.5倍于水性聚氨酯乳液的通入速度；最后，将调配好的水性聚氨酯乳液通入调漆釜与助剂颜料浆混匀，得水性聚氨酯光学涂料。...

【技术特征摘要】
1.一种连续法制备水性聚氨酯光学涂料的工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)将二异氰酸酯、亲水扩链剂/聚四氢呋喃醚二醇溶液、有机金属催化剂分别以15～20公斤/小时、30～36公斤/小时、2～20克/小时速度连续通入或滴入第一预聚釜进行一段聚合：停留时间为1.0～1.5小时，反应温度控制在55～65℃；然后再通入第二预聚釜进行二段聚合：停留时间为2.0～2.5小时，反应温度控制在75～85℃；亲水扩链剂与聚四氢呋喃醚二醇的质量比1：20～25；(2)将步骤(1)得到的二段聚合物料与叔胺类中和剂连续通入第一静态混合器叔胺类中和剂，通入速度为0.8～1.2公斤/小时，中和成盐0.15～0.25小时后，冷却至室温，即得水性聚氨酯预聚物；(3)水性聚氨酯预聚物通入第一高速剪切混合乳化器，在含有磺酸盐型扩链剂的水溶液中乳化的同时发生扩链反应：磺酸盐型扩链剂(质量浓度0.5～6％)水溶液的通入速度为65～75公斤/小时，扩链反应0.25～0.35小时，搅拌速率控制在1400rpm～3200rpm；然后送入第二高速剪切混合乳化器，连续滴加水合肼后扩链剂反应得到水性聚氨酯乳液：水合肼滴加速度为1～2公斤/小时，后扩链反应0.15～0.25小时，搅拌速率控制在600rpm～1000rpm；(4)将水性聚氨酯乳液与去离子水在第二静态混合器中连续混合，以调节乳液固含量在20～45％，配合的去离子水速度0.5倍于水性聚氨酯乳液的通入速度；最后，将调配好的水性聚氨酯乳液通入调漆釜与助剂颜料浆混匀，得水性聚氨酯光学涂料。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建宇，彭晓宏，王刚，黄慧华，李小平，朱嘉琦，关仲翔，
申请(专利权)人：清远市美佳乐环保新材股份有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44