脂肪族水性聚氨酯涂料的研制

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。

XX化工职业技术学院毕业设计（论文）题目水性聚氨酯涂料的生产方法姓名 X X X学号XXXXXXXX所在系部化学工程系专业班级应化 XXXX指导教师 X X X2014年 4月摘要水性聚氨酯涂料是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系,将乳液稀释,原料水除了用作聚氨酯的溶剂或分散介质，水还是重要的反应性原料，在聚氨酯预聚体分散于水的同时，水也参与扩链。

水性聚氨酯是具有高强度、撕裂、耐磨等特性的高分子材料。

由于聚氨酯合成反应放热量比较大，控制不当易凝胶,对于反应设备的要求是传热快,易清洗，此外聚氨酯反应为逐步聚合反应的特点，造成反应过程中加料是分批加入的，第一步的加料量一般为总量的30﹪,所以对反应设备的要求是长径比大于1：1,大的可以到2:1,长径比大时，物料与釜体接触面积大,有利于设备传热。

对于分散设备的要求是快速，剪切力大，可以调速。

本文着重分析了丙酮法合成水性聚氨酯涂料工艺过程，结合自身工作岗位分析了水性聚氨酯的原料、设备及丙酮法操作,对水性聚氨酯涂料所存在的问题进行了总结并提出了工艺改进措施。

关键词：水性聚氨酯，高分子材料,丙酮法,设备，原料目录1 前言 (1)1。

1水性聚氨酯涂料的发展现状 (1)1.2水性聚氨酯涂料用途及优缺点 (1)1。

3水性聚氨酯的合成方法 (2)1。

3.1丙酮法 (3)1.3。

2预聚体法 (3)1.3.3融熔分散法 (3)1.3.4酮亚胺—酮连氮 (3)1.3。

5保护端基乳化法 (4)2 水性聚氨酯涂料生产 (5)2.1原料介绍 (5)2。

1。

1聚酯多元醇 (5)2.1.2异氰酸酯 (5)2.1.3扩链剂DMPA (6)2。

1。

4三乙胺（中和剂/成盐剂） (6)2。

1.5溶剂（丙酮或甲乙酮） (6)2。

1.6水 (7)2。

2工艺原理流程简图及方框图 (8)2.3工艺流程讲解 (8)2。

3。

1投料 (8)2.3.2 预聚反应 (9)2.3.3 中和扩链 (9)2。

水性聚氨酯制备工艺流程
水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane）是一种环保型的涂料，广泛应用于家具、汽车、建筑、包装等领域。

下面介绍水性聚氨酯的制备工艺流程。

首先，准备原料。

水性聚氨酯的制备需要以下原料：聚醚多元醇、聚酯多元醇、异免分散剂、链延长剂、溶剂和助剂等。

第二步，制备预聚体。

将聚醚多元醇、聚酯多元醇和异免分散剂按照一定比例混合加热，加入催化剂进行反应，形成预聚体。

第三步，加入链延长剂。

将预聚体加热至一定温度，再加入链延长剂，如乙二胺等，进行链延长反应。

链延长剂的选择应根据所需产品的性能要求。

第四步，添加溶剂和助剂。

将制得的聚氨酯溶于溶剂中，并适量添加助剂，如消泡剂、增稠剂和防霉剂等，以提升产品的性能。

第五步，调整pH值。

通过添加酸碱调节剂，调节溶液的pH 值，使其处于适宜的范围内，一般为8-9。

第六步，过滤和检测。

将制备好的水性聚氨酯涂料进行过滤处理，去除其中的杂质，确保产品质量。

同时，进行相应的检测，如粘度、固含量和粒径等。

第七步，包装和储存。

将制备好的水性聚氨酯涂料装入适当的
容器中，密封保存。

在储存过程中，应避免阳光直射和高温环境，以防止涂料的质量受到影响。

总结起来，水性聚氨酯的制备工艺流程包括原料准备、制备预聚体、加入链延长剂、添加溶剂和助剂、调整pH值、过滤和检测、包装和储存等步骤。

在制备过程中，需要注意控制各个环节的条件，保证产品的质量和性能。

水性聚氨酯制备使用的原料和方法作者：概述：一、水性聚氨酯制备用原料1. 低聚物多元醇水性聚氨酯胶粘剂制备中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酯二醇居多，有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇等小品种低聚物多元醇。

聚醚型聚氨酯低温柔顺性好，耐水性较好，且常用的聚氧化丙烯二醇（PPG）的价格比聚酯二醇低，因此，我国的水性聚氨酯研制开发大多以聚氧化丙烯二醇为主要低聚物多元醇原料。

由聚四氢呋喃醚二醇制得的聚氨酯机械强度及耐水解性均较好，惟其价格较高，限制了它的广泛应用。

聚酯型聚氨酯强度高、粘接力好，但由于聚酯本身的耐水解性能比聚醚差，故采用一般原料制得的聚酯型水性聚氨酯，其贮存稳定期较短。

2. 异氰酸酯制备聚氨酯乳液常用的二异氰酸酯有TDI、MDI等芳香族二异氰酸酯，以及IPDI、HDI、H12MDI等脂肪族、脂环族二异氰酸酯。

由脂肪族或脂环族二异氰酸酯制成的聚氨酯，耐水解性比芳香族二异氰酸酯制成的聚氨酯好，因而水性聚氨酯产品的贮存稳定性好。

国外高品质的聚酯型水性聚氨酯一般均采用脂肪族或脂环族异氰酸酯原料制成，而我国受原料品种及价格的限制，大多数仅用TDI为二异氰酸酯原料。

多亚甲基多苯基多异氰酸酯一般用于制备乙烯基聚氨酯乳液和异氰酸酯乳液。

3. 扩链剂水性聚氨酯制备中常常使用扩链剂，其中可引入离子基团的亲水性扩链剂有多种，除了类特种扩链剂外，经常还使用1,4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、己二醇、乙二胺、二亚乙基三胺等扩链剂。

由于胺与异氰酸酯的反应活性比水高，可将二胺扩链剂混合于水中或制成酮亚胺，在乳化分散的同时进行扩链反应。

4. 水水是水性聚氨酯胶粘剂的主要介质，为了防止自来水中的Ca2+、Mg2+等杂质对阴离子型水性聚氨酯稳定性的影响，用于制备水性聚氨酯的水一般是蒸馏水或去离子水。

除了用作聚氨酯的溶剂或分散介质，水还是重要的反应性原料，合成水性聚氨酯目前以预聚体法为主，在聚氨酯预聚体分散与水的同时，水也参与扩链。

脂肪族水性聚氨酯木器涂料的研制的开题报告一、研究背景和意义木器涂料是木材表面处理和保护的主要手段之一，其性能直接影响着木材的使用寿命和美观度。

传统的木器涂料主要采用油漆、清漆等有机溶剂型涂料，但这些涂料含有大量的挥发性有机物（VOCs），对环境和人体健康有害。

因此，开发绿色环保的木器涂料已成为当今涂料产业的发展趋势之一。

水性涂料是一种低污染、环保型的新型涂料，广泛应用于各个领域。

随着科技的不断发展和推进，水性聚氨酯涂料作为一种新型水性涂料，在木器涂料领域的应用也越来越多。

然而当前市场上的水性聚氨酯木器涂料主要是脂肪族水性聚氨酯涂料，其耐腐蚀性、耐水性和韧性等方面的性能有待改进。

因此，本文拟研制一种性能更为优良的脂肪族水性聚氨酯木器涂料，旨在提高木器涂料的环保性能，减少VOCs的排放量，同时提高涂层的耐用性和美观度。

二、研究内容1. 选取适当的聚醚多元醇、异氰酸酯、链延长剂和助剂等原材料，制备脂肪族水性聚氨酯。

2. 通过改变聚醚多元醇和异氰酸酯的配比，控制聚氨酯的分子量和化学结构，优化聚氨酯的性能。

3. 采用溶液聚合法制备聚氨酯乳液，并优化工艺条件，得到稳定的乳液体系。

4. 通过探究不同助剂对涂料性能的影响，优化涂料配方，提高耐腐蚀性、耐水性和韧性等方面的综合性能。

5. 对所制备的涂料进行性能测试，包括抗刮伤、耐磨损、耐化学性、耐水性、耐候性等指标。

三、研究目标和意义1. 制备性能更为优良的脂肪族水性聚氨酯木器涂料，推广和应用。

2. 降低木器涂料VOCs排放量，提高涂料环保性能。

3. 为木器涂料行业的绿色发展提供技术支持。

4. 推动水性聚氨酯涂料在木器涂料领域的应用，促进木材资源的可持续利用。

四、研究方法和步骤1. 选取适当的原材料制备脂肪族水性聚氨酯。

2. 通过改变聚醚多元醇和异氰酸酯的配比，控制聚氨酯的分子量和化学结构。

3. 采用溶液聚合法制备聚氨酯乳液，同时优化工艺条件。

4. 通过探究不同助剂对涂料性能的影响，优化涂料配方。

水性聚氨酯涂料是目前市场需求量较大的产品之一, 它适用于热敏温度低于(60 —80) ℃常温交联固化的高、中档木器(家具等), 高档建筑装饰、高级汽车、飞机及航天器材等的中涂和表面涂装。

产品配方：1、改性三聚体交联剂产品可由TDI 、IPDI 、MD I 和XDI 等异氰酸酯制造。

其芳香族NCO 反应温度在(120—150) ℃ ，脂肪族NCO 反应温度在(150—200) ℃。

它的最大优点是无黄变, 水白透明, 较适用于羧酸型等水性聚氨酯的常温交联剂。

为增强综合性能, 需采用两个NCO 基团活性不同的二异氰酸酯,并要将反应中产生的端NCO 用多元醇- 羧酸反应掉, 以利于胺中和及产物的水溶性。

由于其熔点高,反应需分阶段在有机溶剂中进行, 有机膦催化剂及120 ℃ 以上温度, 异氰酸酯可发生自缩聚反应,生成三聚体化合物。

其催化剂中戊杂环膦化氢是最有效的, 反应温度低, 收率可达90 % , 再用三聚催化法促进反应完全, 并对残基进行封闭。

产品配方：NCO ：多元醇羧酸( 物质的量比) 为6：1：1.43。

工艺步骤: 多元醇- 羧酸溶液制备, 按配方将新戊二醇、苯偏三甲酸酐、DMPA 、二甲苯、甲苯加入反应釜搅拌,升温至80 ℃ , 完成溶解后, 升温至148 ℃ 回流脱水至透明后, 过滤出料备用。

亚胺预聚体的制备: 按配方将二甲苯、甲苯加入反应釜, 升温至148 ℃ 回流脱水后, 加入10 % 磷酸( 甲苯) 液降温至120 ℃ , 通入氮气, 将TD I 、IPDI 加入单体滴加釜, 在2 . 5h 内完成滴加后, 升温至130 ℃ 反应1h , 将10 % 戊杂环膦化氢液加入滴加釜, 开始缓慢滴加, 不断观察物料反应情况, 防止爆聚, 滴完在130℃ 反应2h 、140 ℃ 1h 、145 ℃ 30min , 降温至70 ℃ , 将多元醇- 羧酸液加入滴加釜开始滴加,滴完在70 ℃ 反应(2—3) h , 检测NCO 转化率达96 % , 加入10 % 醋酸锂液, 此时有两种工艺: 一是降温至25 ℃ , 静置7d ; 二是升温至(80—90) ℃ 反应(2—3) h , 测游离TD I 在0.3% 以下, 加入10 % 对甲苯磺酸甲酯液、10 % 二甲基吡唑液升温至85 ℃ 反应20min , 抽真空脱出2/3量的有机溶剂, 再加入亲水溶剂调节固含量为50 % , 降温至50 ℃ 加入50 % 三乙胺水溶液、N-甲苯二乙醇胺调节p H 值至8.5 , 升温到60 ℃ 反应至透明, 降温到40 ℃ 出料。