聚氨酯是指主鏈上含有大量氨基甲酸酯基團(tuán)的高聚物聚氨基甲酸酯的簡稱,因其表現(xiàn)出的物化性能,現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于合成革、人造革行業(yè),是一種多功能聚合物材料,成為在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一類高分子材料。
合成革用聚氨酯樹脂分為油性聚氨酯樹脂和水性聚氨酯樹脂,其中油性聚氨酯樹脂是將高聚物聚氨基甲酸酯溶于二甲基酰胺(DMF)、酮類、甲苯等有機(jī)溶劑而得到,水性聚氨酯樹脂是將高聚物聚氨基甲酸酯分散于水中而制得。在目前的合成革企業(yè)中,95%以上還是使用油性聚氨酯樹脂制作人造革、合成革,只有不到5%的企業(yè)在小規(guī)模的使用水性聚氨酯樹脂制造合成革。
油性聚氨酯樹脂含有大量的二甲基酰胺、酮類、甲苯等有機(jī)溶劑,在制造過程中對(duì)周圍環(huán)境和現(xiàn)場操作人員的身體健康造成傷害,而且大量的溶劑揮發(fā)給生產(chǎn)過程造成嚴(yán)重的安全問題。
而水性聚氨酯分散體以水作為分散介質(zhì),在使用過程中僅有水揮發(fā)進(jìn)入大氣,對(duì)環(huán)境無不良影響,同時(shí)采用水作為分散介質(zhì)使得水性聚氨酯分散體還具有無毒,無味,不燃,不爆,安全的特點(diǎn)。水性聚氨酯分散體作為一種綠色環(huán)保高分子材料應(yīng)用極為廣泛,替代油性聚氨酯樹脂也是大勢所趨。
但水性聚氨酯生產(chǎn)工藝到目前為止還只有間歇法生產(chǎn)和半連續(xù)法生產(chǎn)。所謂間歇法生產(chǎn)工藝是將水性聚氨酯分散體的預(yù)聚體的合成放在反應(yīng)釜中進(jìn)行,通常聚合溫度控制在80 ~100°C,預(yù)聚時(shí)間在2~8 小時(shí),隨著預(yù)聚反應(yīng)的進(jìn)行,預(yù)聚體分子量逐步提高,體系粘度會(huì)隨之增加,而反應(yīng)釜通常難以處理高粘度體系,因此預(yù)聚過程通常需要添加有機(jī)溶劑以降低聚合體系粘度;預(yù)聚反應(yīng)完成后,將物料轉(zhuǎn)移到分散釜,在分散釜中進(jìn)行中和和分散。
所謂半連續(xù)法生產(chǎn)工藝,采用與間歇法相同的間歇預(yù)聚工藝,其后采用連續(xù)的分散器進(jìn)行分散。
目前工業(yè)采用的間歇法和半連續(xù)法生產(chǎn)工藝主要存在以下缺點(diǎn):
1、 該方法由于合成工藝的限制,制備的水性聚氨酯分散體的分子量很低而且定量控制難度較大,不利于制備低模量高抗張的水性聚氨酯樹脂;
2、 該工藝制備過程對(duì)溶劑的要求很高,基本上要求氨酯級(jí)溶劑,因此溶劑回收成本相對(duì)很高;
3、 由于乳化分散時(shí)要求轉(zhuǎn)速很高,對(duì)乳化設(shè)備的要求很高,同時(shí)國內(nèi)目前存在工業(yè)型乳化機(jī)一般在3000prm左右,導(dǎo)致大規(guī)模生產(chǎn)的效率很低。
連續(xù)在線式工藝:
1.將水性聚氨酯合成原料在儲(chǔ)料容器中加熱到50-100℃,保證其在儲(chǔ)料容器中充分熔融;通常,儲(chǔ)料容器可選用反應(yīng)釜體;其中,加熱溫度進(jìn)一步60-100℃;
2.將上述熔融的原料經(jīng)精確計(jì)量后,用高速混合頭瞬間混合均勻,并通過釜體下管線式高速乳化機(jī),一次通過。
示意圖:

實(shí)際:

高性能水性聚氨酯分散體連續(xù)在線式高速乳化機(jī)