水性聚氨酯分散体的制备及注意事项

水性聚氨酯工业合成工艺流程
一、原料准备
1. 按照反应计划计算所需的多元醇、多元异氰酸酯类原料规格和数量。

2. 检测多元醇和多元异氰酸酯类原料的物理化学指标,检查是否达到合成要求。

3. 加载检测合格的多元醇和多元异氰酸酯类原料到料槽内。

二、原料混合、反应
1. 将多元醇和催化剂导入搅拌反应器内,开始混合。

2. 在过程中,逐步加入准备好的多元异氰酸酯类原料,形成原料混合液。

3. 控制温度在约35°左右,进行室温下的反应4~6小时。

4. 反应结束后,进行取样检测聚合度是否达到目标值。

三、处理分馏
1. 反应液进入离心机进行分离,去除残留的多余的多元异氰酸酯类原料。

2. 离心后液体进入真空打浆机进行脱气,除去生成的副产物2。

3. 脱气液体进入蒸馏塔进行进一步分馏,去除残余的有害物质。

4. 分离出的水性聚氨酯产品进行物理化学检测,确保指标合格。

五、产品装瓶打包
1. 通过色差机和粘度检测试验的聚氨酯产品进入塑料包装机内装瓶。

2. 装瓶好的产品进行打印 ,成为成品通过检验后出厂发货。

以上就是水性聚氨酯的基本工艺流程。

摘要在追求环保和绿色化的当下，涂料水性化已是大势所趋。

双组分水性聚氨酯（2K-WPU）因其低VOC含量、优异的涂膜性能成为世界涂料的研究热点。

2K-WPU 由水性聚多元醇和水可分散性多异氰酸酯组成，二者的结构、性能、配比、相容性等决定2K-WPU涂膜性能。

目前，2K-WPU仍存在多异氰酸酯的储存稳定性差、涂膜干速慢、外观差、硬度低、耐化学品性不佳等问题，严重制约其应用推广。

本文制备含−NCO 聚氨酯水分散体（WDP）和含−OH聚氨酯水分散体（OH-PUD），研究各配方参数对树脂及涂膜性能的影响规律，配制高性能2K-WPU涂料，解决上述问题。

采用二羟甲基丁酸（DMBA）/聚乙二醇单甲醚（MPEG600）和环己烷二甲醇（CHDM）混合改性制备性能优良的WDP，研究改性剂的添加量、摩尔比对WDP及其涂膜性能的影响规律，发现采用DMBA/MPEG亲水改性多异氰酸酯可制备性能较优的WDP，但其储存稳定性随DMBA含量增加而变差。

将疏水环状二醇引入到WDP分子链上可改善固化剂的储存稳定性，提高2K-WPU涂膜的机械性能和耐性。

合适的DMBA/MPEG/CHDM 摩尔比为3/7/3，NCO%为18.39%时，制得的WDP及其2K-WPU涂膜综合性能最佳，即WDP可稳定储存6个月以上，其制备的涂膜吸水率为10.87%，摆杆硬度为0.64。

以磺酸型聚酯二醇（SPED）为亲水扩链剂，通过醇胺类化合物封端端−NCO聚氨酯预聚物制备高官能度的OH-PUD，研究了合成工艺、SPED含量、软段结构及添加量、封端剂种类等对OH-PUD和2K-WPU涂膜性能的影响。

研究发现：（1）采用SPED接枝聚氨酯链中，可有效提高OH-PUD固含量；（2）先分散再封端的工艺制得的OH-PUD 性能最稳定；（3）以聚酯二元醇制得的OH-PUD其涂膜透明度高于以聚醚二元醇制得的涂膜，而且随NCO/OH摩尔比提高、聚醚二醇分子量降低，2K-WPU涂膜透明度提高；（4）合适的工艺参数为：以聚己内酯二醇PCL220为软段，软硬含量40%，NCO/OH 摩尔比为1.5–1.7，SPED含量为12.5wt%，EDA扩链度为40%，选用三羟甲基氨基甲烷Tris作封端剂，制得的OH-PUD综合性能最佳：固含量高达47%，2K-WPU涂膜摆杆硬度达0.73，吸水率低至3.38%。

水性聚氨酯的制法资料来源：1、溶液法（亦称丙酮法）把端异氰酸基预聚体溶于低沸点能与水互溶的溶剂中（丙酮最常用，因此此方法亦称丙酮法），与亲水性官能基的化合物反应，生成聚氨酯离聚物，加水搅拌实现相转移，蒸馏法回收丙酮，得水性聚氨酯乳液。

此法是目前最常用、最重要的方法，步骤复便且重现性好。

几乎所有的线型聚氨酯都可以用此法植入离子体，再分散于水相中成为水分散液。

其分散液粒径为0.03~0.5μm，粒度可变范围较广，可为不透明或半透明或乳白色热塑性聚氨酯乳液。

2、预聚体分散法此过程不需要大量溶剂，避免了回收溶剂的麻烦，同时也符合低VOC和无VOC未来环保要求的趋势。

此工艺过程的第一步也是先合成端-NCO基预聚体，再植入离子基，使成为离子性齐聚物，加水并强烈搅拌，此间，聚氨酯预聚体形成水分散液和端-NCO基与水进行的扩链反应同时发生。

加入二元胺作扩链剂可以减少-NCO与水反应的几率，最终生成聚氨酯-脲水分散液。

此法较丙酮法简单，无须溶剂回收工序，节能，但产品性能稍差于丙酮法。

通常是把预聚体在强烈搅拌下加入水中分散，如果-NCO活性较低或者使用高剪切力混合分散装置也可以反加料分散，即把水加入预聚体中。

此法制得乳液粒径为0.1~0.5μm，且可制得具有不同交联度的聚氨酯乳液。

3、熔融分散法将聚酯或聚醚二醇、叔胺和异氰酸酯在熔融状态下制备预聚体，用过量尿素终止使生成亲水性的双缩二脲离聚物，再将其在甲醛水溶液中分散，使发生羟甲基化反应，生成羟甲基双缩二脲聚氨酯齐聚物，用水稀释即可得聚氨酯双脲乳液。

实际上是在低pH值情况下，分散相之间的缩聚反应从而达到扩链和交联的目的。

此法反应较易控制，不需溶剂，同时也不要求高效混合装置，可制成粒径为0.03~10μm之间的分散胶粒，分散液稳定，适宜大规模工业化生产，能制备委员长中交联度的聚氨酯乳液。

此外，水性聚氨酯的制备方法还有酮亚胺法（Ketimine）、酮吖嗪法（Ketazine）。

一张图看懂水性聚氨酯的合成制备工艺
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大纲如下：
1、原料：
（1）多异氰酸酯
（2）含氢化合物
（3）助剂
2、设备
3、水性化方法：
（1）外乳化
（2）自乳化（也称内乳化）
4、制备水性PU分散体的方法
（1）溶剂法（最常用的是丙酮法，但国外基本不用此法）（2）预聚体法
（3）保护端基乳化法
5、水性聚氨酯的合成
（1）阴离子水乳型聚氨酯的合成（羧酸型、磺酸型）（2）阳离子水乳型聚氨酯的合成
（3）非离子水乳型聚氨酯的合成（自乳化、外乳化）（4）双组份水性聚氨酯的合成
6、改性水性聚氨酯
（1）环氧改性
（2）丙烯酸改性
（3）有机硅改性
（4）其他改性：有机氟、聚烯烃改性、纳米材料改性、多元改性正文：
评述：
虽然国内大多数仍然是内乳化法制备水性聚氨酯，外乳化有着自身的缺陷，但据了解，该方法也有其自身的优势，如固含量可以做的较高、可以实现连续化操作、价格便宜等优势，故而国内有少数厂家已在逐步实施并应用。

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水性与无溶剂材料：nonVOC。

水性聚氨酯及其改性方法水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane，WPU）是一种以水为分散介质的聚氨酯树脂。

相比于传统的有机溶剂型聚氨酯树脂，水性聚氨酯具有环保、无毒、低挥发性、易操作以及涂膜性能优良等特点。

因此，在目前的涂料、胶黏剂、纺织品等领域得到了广泛的应用。

水性聚氨酯的制备方法主要有两种：溶剂法和水分散法。

溶剂法是先将聚合物和有机溶剂混合，然后加入异氰酸酯单体进行反应，最后除去有机溶剂得到产品。

溶剂法制备的水性聚氨酯具有分散性好、颗粒细、粘度低等特点。

而水分散法是利用乳化剂或分散剂使聚合过程发生在水中，再通过蒸发水分形成聚氨酯分散体，最后通过过滤去除杂质得到产品。

水分散法制备的水性聚氨酯无需有机溶剂，更加环保。

1.交联改性：通过引入交联剂，如多异氰酸酯、多醇等，使聚氨酯形成三维网络结构，增强其耐磨性、耐化学品性、耐温性等性能。

2.聚合物分散法：将其他合成树脂或聚合物分散到水性聚氨酯中，形成复合体系，提高涂膜的性能，如增强耐候性、耐刮擦性、硬度等。

3.功能性改性：在水性聚氨酯体系中引入改性剂，如改善流平性和润湿性的表面活性剂、增强抗静电的导电剂等，以增强涂膜的特殊性能。

4.纳米增强：通过引入纳米颗粒，如氧化锌、氧化硅等，以增加涂层的硬度和耐用性。

5.共聚改性：将其他具有特殊功能的单体引入水的聚氨酯反应体系中，并进行聚合，以获得具有特殊性能的共聚物。

综上所述，水性聚氨酯作为一种环保、优良性能的树脂，广泛应用于各个领域。

通过不同的改性方法，可以进一步提高水性聚氨酯的性能，满足不同应用领域的需求。

随着技术的进步，水性聚氨酯的制备方法和改性方法也将不断创新和发展。

水性聚氨酯的制备及改性方法1.原料准备：制备水性聚氨酯的主要原料包括聚醚、聚酯、异氰酸酯、链延长剂、分散剂和稳定剂等。

聚醚和聚酯可以通过聚合反应得到，异氰酸酯则可以通过对二异氰酸酯与胺类化合物的反应制备得到。

2.排列反应：将原料按照一定的配方比例加入反应釜中，首先进行排列反应。

排列反应是将异氰酸酯与聚醚或聚酯进行反应，生成预聚体。

在反应过程中，需要添加催化剂来促进反应的进行。

3.中和反应：排列反应后，需要进行中和反应。

在中和反应中，将异氰酸酯和胺类化合物进行反应，生成水性聚氨酯。

中和反应是将异氰酸酯中的异氰基与胺类化合物中的氨基进行化学反应，生成封链所需的尿素键。

中和反应需要在适当的温度下进行，并添加催化剂来加速反应的进行。

4.分散：在中和反应完成后，需要将生成的聚氨酯溶液分散到水中。

可以通过机械剪切、超声波分散等方法将聚氨酯溶液细分散于水中，形成稳定的水性聚氨酯分散体系。

在分散过程中，可以添加适量的分散剂和稳定剂，以提高分散体系的稳定性。

5.改性：(1)添加改性剂：可以向水性聚氨酯中添加改性剂，如增塑剂、助剂等，以调节聚合物的性能。

(2)添加交联剂：可以向水性聚氨酯中添加交联剂，如异氰酸酯交联剂、聚醚二异氰酸酯交联剂等，以提高聚合物的耐磨性和耐化学性。

(3)添加填充剂：可以向水性聚氨酯中添加填充剂，如无机填料、有机填料等，以改善聚合物的机械性能和耐热性能。

(4)进行交联反应：可以通过热固化或紫外固化等方法对水性聚氨酯进行交联反应，以提高聚合物的耐磨性和耐化学性。

6.应用：改性后的水性聚氨酯可用于涂料、胶黏剂、纺织品、皮革等领域。

在涂料领域，水性聚氨酯因其环保性能和优良的耐化学性能，逐渐取代传统的有机溶剂型聚氨酯涂料。

在胶黏剂领域，水性聚氨酯因其良好的粘接性能和耐候性，被广泛应用于胶水、胶带等产品中。

总之，水性聚氨酯的制备和改性方法主要包括原料准备、排列反应、中和反应、分散和改性等步骤。

通过选择合适的原料和改性方法，可以获得具有良好性能的水性聚氨酯产品，满足不同领域的应用需求。

水性聚氨酯的制备1、原料聚醚二元醇（PPG，分子量为2000和1000），2,4-甲苯二异氰酸酯（TDI），二羟甲基丙酸，丙酮（工业品），2-甲基-2-氨基-7-丙醇。

2、合成制备水性聚氨酯的主要方法有：丙酮法、预聚体直接分散法、熔融分散法、酮距胺法和酮丫嗪法等按照水性化方法不同，水性聚氨酯的制备又可以分为内乳化法和外乳化法。

内乳化法，又称自乳化法，是因聚氨酯链段中含有亲水性成分，无需乳化剂即可得到稳定的乳液的方法。

外乳化法，又称强制乳化法，若分了链中仅含少量或者不含亲水性链段或基团必须添加乳化剂，凭借外力进行乳化。

1）丙酮法亲水的异氰酸酯预聚物和扩链剂的扩链反应在溶剂丙酮中进行，故称之为丙酮法。

由于聚合物的合成反应在均相的溶液中进行，故再现性很好。

水性聚氨酯树脂合成好以后，再加水乳化，最后减压抽出丙酮溶剂就可得到粒径较小的聚氨酯分敞体。

这种方法是经典的方法，浚方法的优点是试验重现性好，得到的聚氨酯水分散体粒径小，稳定性好；但该方法也有缺点，那就是试验过程中丙酮的大量使用，而且还得将丙酮减压抽出，制备工艺复杂，生产成本较大。

2）预聚体直接分散法该方法是合成聚氨酯分散体的一个普通方法。

先制得亲水性的预聚体，当然预聚体含有游离的异氰酸酯基团，然后将预聚体和水混合，扩链反应是预聚体和扩链剂在水中进行。

本人在这种方法基础上对此方法进行了改进，得到了一种方法把它罩尔之为边扩链边分散法，运用这种方法成功合成了长期稳定的水性聚氨酯分散体，而且在合成过程中不使用溶剂，简化了制备工艺，节约了合成成本。

3）熔融分散法将聚酯或聚醚二醇、叔胺和异氰酸酯在熔融状态下制备预聚体，用过量尿素终止生成亲水性的双缩二脲离聚物，在将其在甲醛水溶液中分散，使发生羟甲基阳离子型水性聚氨酯发生反应。

4）外乳化法外乳化法是最早使用的制备水性聚氯酯的方法，它是1953年美国Du Pont公司的、V Yandott发明。

选取制成适当分子量的聚氨酯预聚体或其溶液，然后加入乳化剂，在强烈搅拌下强制性地将其分散于水中，制成聚氨酯乳液或分散体。

水性聚氨酯的原料体系及制备方法一、原料体系1.低聚物多元醇常用的低聚物多元醇：聚醚二醇和聚酯二醇较多，有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇等低聚物二醇。

聚醚型聚氨酯：低温柔顺性好，耐水解性好。

常用的聚氧化丙烯二醇（PPG）的价格比聚酯二醇低，是低档水性聚氨酯的主要低聚物多元醇原料。

聚氧化乙烯二醇（PEG）仅用于特殊的水溶性聚氨酯或聚氨酯分散液，胶膜的耐水解欠佳。

聚醚三醇一般很少用于普通水性聚氨酯。

在亚硫酸氢钠封闭型水性聚氨酯中多采用聚醚三醇作低聚物多元醇原料。

水性聚醚聚氨酯的胶膜强度不高，多用于皮革涂饰剂、织物涂层等。

由聚四氢呋喃（PTMEG）制得的水性聚氨酯，力学性能及耐水解性皆较好，但其价格高，应用受限。

聚酯型聚氨酯：成膜后强度高、黏附力也好。

由于己二酸系聚酯本身的耐水解性比聚醚差，因而普通聚酯型水性聚氨酯的贮存稳定期较短，放置过程中由于酯基的水解而产生羧酸基团，引起乳液颗粒的聚结和沉淀。

采用耐水解性聚酯二元醇，可以提高聚酯型聚氨酯的耐水解性。

国外的聚氨酯乳液胶粘剂及涂料的主流产品是聚酯型的。

含侧基脂肪族聚酯的柔顺性和耐水解性能较好。

结构规整的结晶性己二酸系聚酯二醇制备的单组分聚氨酯乳液，耐水性和耐水解较好，胶膜强度也较高。

例如，聚己二酸己二醇值得的水性聚氨酯，耐水性和胶膜强度依次比己二酸丁二醇、己二酸乙二醇酯制得的水性聚氨酯高。

芳香族聚酯多元醇也可用于制备水性聚氨酯。

其他低聚物二醇如聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、丙烯酸酯多元醇等，都可用于水性聚氨酯的制备。

这些多元醇的耐水性优良。

聚碳酸酯型聚氨酯耐水解、耐候、耐热性好，易结晶，由于价格高，限制其广泛应用。

蓖麻油是一种含不饱和键的低聚物多元醇，也可用于合成水性聚氨酯。

为了使成本及树脂的耐水性等性能取得平衡，有人用混合多元醇作为软段制备水性聚氨酯。

2.异氰酸酯制备水性聚氨酯常用的二异氰酸酯有TDI、MDI等芳香族二异氰酸酯，以及异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、亚甲基-二环己基-4,4’-二异氰酸酯酯（H12MDI）等脂肪族、脂环族二异氰酸酯。