一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统及其连续分散工艺和应用技术方案

本发明专利技术属于水性聚氨酯分散体连续生产技术领域，尤其涉及一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统及其连续分散工艺和应用；连续分散系统包括：管式分散器，所述管式分散器开设有进料口和多个进水口；连续分散系统还包括：电机及其驱动的位于管式分散器内腔中轴上的多个齿列式分散盘。利用该系统能够实现高粘度离聚体的分散，实现快速、高效的连续化生产，且适用于多个品种应用，所得产品的质量稳定、粒径分布窄。

A Continuous Dispersion System for Preparing Waterborne Polyurethane Dispersions and Its Continuous Dispersion Technology and Application

The invention belongs to the technical field of continuous production of waterborne polyurethane dispersions, in particular to a continuous dispersion system for preparing waterborne polyurethane dispersions and its continuous dispersion process and application; the continuous dispersion system comprises a tubular disperser with a feed port and a plurality of water intakes; the continuous dispersion system also comprises a motor and a driven tubular disperser located in the tubular disperser. A plurality of toothed dispersing discs on the axis of the inner cavity. The system can disperse high viscosity ionomers, realize fast and efficient continuous production, and is suitable for many varieties of applications. The product has stable quality and narrow particle size distribution.

【技术实现步骤摘要】
一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统及其连续分散工艺和应用
本专利技术属于水性聚氨酯分散体连续生产
，尤其涉及一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统及其连续分散工艺和应用。
技术介绍
水性聚氨酯分散体以水取代有机溶剂作为分散介质，不含可挥发性的有机溶剂(VOC)，是一种无味、无毒的绿色环保有机高分子材料。在其使用过程中水挥发后形成聚氨酯薄膜，因而，水性聚氨酯分散体的成膜物具有和聚氨酯材料同等优异的物理化学性能。水性聚氨酯材料可以通过调整配方和化学改性方式得到不同软硬度、不同化学耐性的高性能材料，其广泛应用于木器涂料、纺织涂层、合成革、塑料涂层、金属涂层、个人护理、涂覆剂、粘合剂、密封剂、水性油墨等领域。目前，工业上水性聚氨酯分散体的生产工艺以间歇法为主。间歇法工艺是指一次投料后，预聚、分散、脱溶剂工艺按时间顺序在反应釜内逐步进行的工艺过程。但是，间歇法生产工艺在水性聚氨酯分散体的生产中存在显著的缺点，具体如下：(1)生产效率低，装置空置率高，生产成本高；(2)生产过度依赖人工，自动化程度低；(3)产品批次间质量波动大，次品率高。水性聚氨酯分散体的连续化生产工艺可有效克服间歇化生产带来的难题，专利文献CN102633971A公开了一种基于双螺杆反应器设计的水性聚氨酯分散体连续法生产工艺，采用120～200℃高温预聚，90～150℃高温分散的工艺；对水性聚氨酯体系而言，高温预聚会带来难以预测的副反应，大分子结构不可控，高温分散会导致乳液分散时粒径控制非常困难，因整个工艺温度较高，最终需要降温才能得到成品乳液，而且因其工艺能耗高而导致生产成本高。专利文献WO2017/009161A1公开了一种基于静态混合器的连续化分散装置，但是静态混合器的连续分散需要大量稀释溶剂的使用，且仅适用于中、低粘度体系，对高粘体系(离聚体粘度大于10万cp)的分散不适用，而水性聚氨酯的分散过程，特别是相转变过程，普遍粘度较高，大大限制了静态混合器在水性聚氨酯的应用。另外，简单的分散器对内乳化的聚合物离聚体体系而言不具备优势，一般还需要通过高强度快速的连续分散，才能得到水性聚氨酯分散体，但该分散体极其不稳定，极易沉降。因此，探究适用于水性聚氨酯分散体的连续分散系统和连续分散工艺就成为重要的研究课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统，利用该系统进行的连续生产工艺能够实现高粘度离聚体(预聚体)的分散，适用于多个品种的水性聚氨酯分散体快速、高效的连续化生产，完全实现自动化，生产成本低、能耗低；同时所得分散体产品的质量稳定、粒径分布窄。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：在本专利技术的一个方面，提供一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统，包括：管式分散器1，用于将水性聚氨酯预聚体在分散水中进行分散以制备水性聚氨酯分散体；所述管式分散器1开设有进料口2和多个(例如，10个)进水口，多个所述进水口沿着管式分散器1轴向方向均匀分布，所述进水口用于将分散水通入管式分散器1；在一些示例中，所述进料口2位于管式分散器的一端顶部，用于将水性聚氨酯预聚体通入管式分散器1；多个所述进水口沿着管式分散器1轴向方向等距离均匀开设在分散器的器壁。所述连续分散系统还包括：电机4、位于管式分散器1内腔的中轴5及穿插在中轴上的多个齿列式分散盘6，所述中轴5沿着管式分散器的轴向分布，其一端与所述电机4相连接，另一端固定于管式分散器1内壁上。在所述连续分散系统中，通过电机4带动中轴转动，中轴5上设置的多个齿列式分散盘6在管式分散器1内对水性聚氨酯预聚体和分散水进行充分混合。根据本专利技术提供的连续分散系统，一些优选实施方式中，所述管式分散器1的长径比为5～105。根据水性聚氨酯分散体制备过程中相转变原理的三个阶段，一些优选实施方式中，在所述管式分散器1内设有两个内隔断板7，将管式分散器的内腔分割为三个区域，其沿着轴向方向依次为预混区、相转变区和稀释区。优选地，所述内隔断板7上设有多个不规则的开孔；在每个所述内隔断板上，所述开孔的面积之和占该内隔断板总面积的15～75％，例如20％、30％、40％、50％、60％；优选地，两个内隔断板7与所述进料口2的距离分别为管式分散器腔体长度的1/4和7/8。在一些示例中，所述预混区内设置的齿列式分散盘6数量为2～11个，例如，3个、5个、8个、10个；所述相转变区内设置的齿列式分散盘6数量为3～38个，例如，5个、10个、15个、20个、30个；所述稀释区内设置的齿列式分散盘6数量为1～5个，例如，2个、4个；总的齿列式分散盘数量符合以下公式：7<X+Y+Z<50；式中，X、Y、Z依次代表预混区、相转变区、稀释区内的齿列式分散盘数量。本领域技术人员可以理解，齿列式分散盘6有多种不同的种类。在一些示例中，所述齿列式分散盘6为含有内孔的齿列式分散盘或不含有内孔的齿列式分散盘；在每个含有内孔的齿列式分散盘上，可开设多个内孔，所述内孔的面积之和占该齿列式分散盘总面积的0～87％，例如，5％、10％、15％、20％、25％、40％、50％、60％、70％、80％。一些优选实施方式中，在所述齿列式分散盘上，设有多个均匀分布的规则内孔和/或不规则内孔；或者在所述齿列式分散盘上，设有多个不均匀分布的规则内孔和/或不规则内孔。在一些示例中，所述管式分散器1上还设有计量泵，每个所述进水口均与一个计量泵相连接，用于将分散水定量并连续地同时注入多个所述进水口；优选地，所述计量泵为容积泵。本专利技术中，所述计量泵为本领域技术人员所熟知，其操作和设备的性能参数均为常规选择。本专利技术所述的连续分散系统的工作原理为：通过采用管式分散器组成的连续分散系统进行水性聚氨酯分散体的连续化生产工艺，水性聚氨酯预聚体在位于管式分散器的一端端部(例如，在其首端)的进料口一步加入，分散水根据相转变原理分多次不等量的同时加入管式分散器，并在分散盘的剧烈搅拌作用下进行分散乳化，得到水性聚氨酯分散体。在本专利技术的另一个方面，提供一种连续分散工艺，采用如上所述的连续分散系统进行水性聚氨酯分散体的制备，所述连续分散工艺包括如下步骤：将含溶剂的水性聚氨酯预聚体溶液和分散水连续地加入管式分散器1，并在齿列式分散盘6的作用下对水性聚氨酯预聚体溶液和分散水的混合物进行充分混合后，得到含溶剂的水性聚氨酯分散体。通过管式分散器内齿列式分散盘的作用，对水性聚氨酯预聚体溶液和分散水进行充分混合完成相转变，实现分散乳化后得到含溶剂的水性聚氨酯分散体。优选脱除溶剂后，即得水性聚氨酯分散体。本专利技术中，脱除溶剂为本领域的常规操作。在本专利技术中，所述水性聚氨酯预聚体可采用本领域的常规技术得到。本领域技术人员可以理解，制备水性聚氨酯预聚体可采用间歇式的反应器或者连续管式反应器。在一些示例中，所述水性聚氨酯预聚体溶液采用丙酮法或预聚体法制备得到。这里采用丙酮法或预聚体法制备水性聚氨酯预聚体为本领域技术人员所熟知；本领域技术人员可以理解，预聚体的制备可在一个管式反应器或者多个串联连接的管式反应器内实现。在一些示例中，采用的管式反应器可为含有内挡片的球型管式反应器，其长径比为10～500，其进口和出口的压力降小于0.05Mpa；所述内挡片设置于靠近球型管式反应器进口的球径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统，其特征在于，包括：管式分散器(1)，所述管式分散器(1)开设有进料口(2)和多个进水口，多个所述进水口沿着管式分散器(1)轴向方向均匀分布；所述连续分散系统还包括：电机(4)、位于管式分散器(1)内腔的中轴(5)及穿插在中轴上的多个齿列式分散盘(6)，所述中轴(5)沿着管式分散器的轴向分布，其一端与所述电机(4)相连接，另一端固定于管式分散器(1)内壁上。

【技术特征摘要】
1.一种制备水性聚氨酯分散体的连续分散系统，其特征在于，包括：管式分散器(1)，所述管式分散器(1)开设有进料口(2)和多个进水口，多个所述进水口沿着管式分散器(1)轴向方向均匀分布；所述连续分散系统还包括：电机(4)、位于管式分散器(1)内腔的中轴(5)及穿插在中轴上的多个齿列式分散盘(6)，所述中轴(5)沿着管式分散器的轴向分布，其一端与所述电机(4)相连接，另一端固定于管式分散器(1)内壁上。2.根据权利要求1所述的连续分散系统，其特征在于，所述管式分散器(1)的长径比为5～105；在所述管式分散器(1)内设有两个内隔断板(7)，将管式分散器的内腔分割为三个区域，其沿着轴向方向依次为预混区、相转变区和稀释区；优选地，所述内隔断板(7)上设有多个不规则的开孔；在每个所述内隔断板上，所述开孔的面积之和占该内隔断板总面积的15～75％；优选地，两个内隔断板(7)与所述进料口(2)的距离分别为管式分散器腔体长度的1/4和7/8。3.根据权利要求2所述的连续分散系统，其特征在于，所述预混区内设置的齿列式分散盘(6)数量为2～11个，所述相转变区内设置的齿列式分散盘(6)数量为3～38个，所述稀释区内设置的齿列式分散盘(6)数量为1～5个；总的齿列式分散盘数量符合以下公式：7<X+Y+Z<50；式中，X、Y、Z依次代表预混区、相转变区、稀释区内的齿列式分散盘数量；优选地，所述齿列式分散盘(6)为含有或不含有内孔的齿列式分散盘；在每个含有内孔的齿列式分散盘上，所述内孔的面积之和占该齿列式分散盘总面积的0～87％；更优选地，在所述齿列式分散盘上，设有多个均匀分布或不均匀分布的规则内孔和/或不规则内孔。4.根据权利要求1-3中任一项所述的连续分散系统，其特征在于，所述管式分散器(1)上还设有计量泵，每个所述进水口均与一个计量泵相连接；优选地，所述计量泵为容积泵。5.一种水性聚氨酯分散体的连续分散工艺，其特征在于，采用如权利要求1-4中任一项所述的连续分散系统进行水性聚氨酯分散体的制备，所述连续分散工艺包括如下步骤：将含溶剂的水性聚氨酯预聚体溶液和分散水连续地加入管式分散器(1)，并在齿列式分散盘(6)的作用下对水性聚氨酯预聚体溶液和分散水的混合物进行充分混合后，得到含溶剂的水性聚氨酯分散体；优选脱除溶剂后即得水性聚氨酯分散体。6.根据权利要求5所述的连续分散工艺，其特征在于，所述水性聚氨酯预聚体溶液采用丙酮法或预聚体法制备得到，优选采用多异氰酸酯与低聚物多元醇、非离子亲水化合物、小分子二元醇、小分子二元胺、离子亲水扩链剂、中和剂以及溶剂接触进行反应制得；优选地，所述多异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯和/或芳香族二异氰酸酯，更优选选自六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；优选地，所述低聚物多元醇选自聚酯二元醇、聚醚二元醇和聚碳酸酯二元醇中的一种或多种；更优选地，所述聚酯二元醇的数均分子量为200～5000，选自聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸新戊二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇新戊二醇酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚己内酯二元醇、聚邻苯二甲酸己二醇酯二元醇和聚邻苯二甲酸新戊二醇酯二元醇中的一种或多种；更优选地，所述聚醚二元醇的数均分子量为200～5000，选自聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯与聚氧化丙烯的共聚二元醇以及聚四氢呋喃二元醇的一种或多种；更优选地，所述聚碳酸酯二元醇的数均分子量为200～5000，是由碳酸二酯和二元醇酯经过酯交换反应制得；优选地，所述非离子亲水化合物为含...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永建，纪学顺，赵伟国，李斌，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，万华化学宁波有限公司，上海万华科聚化工科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37