水性聚氨酯涂料的生产方法综述.doc

*化工职业技术学院*化工职业技术学院毕 业 论 文 题目: 水性聚氨酯涂料的生产方法综述 姓 名 * 学 号 * 系 部 化工系 班 级 * 指导教师 * 职 称 讲 师 2013年04月 第 2 页 共 14 页目录第一章 前言-11.1 环保与水性涂料-11.2 水性聚氨酯涂料的发展现状-11.3 水性涂料存在的问题-1第二章 水性聚氨酯生产-22.1 聚氨酯涂料的合成-22.1.1 丙酮法-22.1.2 预聚体混合法-22.1.3 熔融分散缩聚法-22.1.4 酮亚胺/酮联氮法-22.1.5 保护端基乳化法-32.2 基本原料-32.2.1 大分子多元醇化合物-32.2.2 多异氰酸酯-32.2.3 亲水扩链剂-42.2.4 成盐剂-42.2.5 溶剂-42.2.6 水-52.2.7 封端剂-52.3 设备-62.3.1 预聚釜-62.3.2 分散釜-62.3.3 冷凝器-62.3.4 真空泵-72.4 生产操作-72.4.1 投料-72.4.2 预聚-72.4.3 扩链-72.4.4 分散-72.4.5 脱丙酮-72.5水性聚氨酯实验操作方法-72.5.1预聚体混合法-72.5.2 PU乳液的合成-82.5.3 WPU薄膜的制备-82.5.4 产品性能测试-8第三章 总结-93.1 工艺改进措施-93.2 应用前景-9参考文献-10致谢-11I摘要该文综述了水性聚氨酯涂料的发展历史和特性，阐明了发展水性聚氨酯涂料的价值和意义。并且对近几年国内外水性聚氨酯涂料生产方法：丙酮法、预聚体混合法、熔融分散缩聚法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法进行了综合说明。另外对水性聚氨酯涂料所存在的问题进行了总结，并且对于原料、设备及丙酮法操作进行介绍。最后对水性聚氨酯进行了展望并阐述拉在汽车上、在木器家具上和皮革涂饰的应用。 关键词：水性聚氨酯，合成，操作11 第一章 前言1.1 环保与水性涂料随着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细，但在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的固体化、无溶剂化、水性化已呈发展趋势，业内人士广泛赞同的“4E”涂料（Economy经济，Efficiency效率，Ecology生态，Energy活力）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域，已有不少成熟的产品和技术在广泛使用。 水性涂料是以水作溶剂或分散介质的涂料。最早的商品化水性涂料是在20世纪30年代出现的。基于其对环境的相容性和保护性，并具有节省资源、节约能源的优点，水性涂料产品很快就被市场接受，并逐渐发展扩大。日本、美国1986年水性涂料分别占涂料总销售量的18%和22%，英国1995年水性涂料产量占全国涂料总产量的64.5%。我国从60年代开始研究水性涂料，进入90年代后，国家大力扶持水性涂料的发展。目前的市场占有率不高，但是发展前景很好！ 1.2 水性聚氨酯涂料的发展现状聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，其分子中含有特征单元结构氨基甲酸酯（-NH-CO-）。聚氨酯应用十分广泛，作为涂料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、硬度大、高弹性等优点。水性聚氨酯（PU）是水性涂料中很有发展潜力的一种，在很多领域都得到了广泛的应用，它包括单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料两种，是以水为介质的二元胶态体系，不仅具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点；同时还具有溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征，使得它在织物、皮革涂饰及粘合剂等许多领域得到了广泛的应用。单组分水乳型聚氨酯的特征在于很高的断裂伸长率（达到800%以上）和较高的抗拉伸强度（达20MPa左右），但因其具有线型结构，分子中含有亲水基团，其耐水性、耐溶剂性较差，应用受到了限制。水性双组分聚氨酯涂料的应用领域基本上与溶剂型涂料相当，既可用于热敏材料（如木材、塑料）和不能烘烤的大型物件，也可用于诸如汽车类的烘烤物件.通过对报道的实验数据进行对比，表明，水性双组分聚氨酯涂料除了干燥时间稍长和适用期稍短外，涂膜的装饰性、机械性能、耐化学性和耐候性均可与溶剂型双组分PUD涂料相媲美。1.3 水性涂料存在的问题水性涂料的优点是显而易见的，但也存在一些问题。与有机溶剂相比，水的蒸发热较高，这就要求用其他手段来帮助水的蒸发。对于低温和高湿这两种特殊情况，水的蒸发就更慢了，因此干燥时间长，助溶剂的加入则更使其雪上加霜。助溶剂在帮助成膜和提高涂膜性能方面是相当多的水性涂料不可缺少的组分，故除去助溶剂并不是一件容易的事情。 第二章 水性聚氨酯生产2.1 聚氨酯涂料的合成水性聚氨酷的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种。外乳化法是指采用外加乳化剂，在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法，但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒粗、最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不好等缺点，因而目前生产基本不用该法。内乳化法又称自乳化法，是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法，因此成为目前水性聚氨酯生产和研究采用的主要方法。内乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。2.1.1 丙酮法首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯预聚体，加丙酮溶解，使其粘度降低，然后用含离子基团扩链剂进行扩链，在高速搅拌下通过强剪切力使之分散于水中，乳化后减压蒸馏脱除溶剂丙酮，得到水性聚氨酯分散液。丙酮法易于操作，重复性好，制得的水性聚氨酯分子量可变范围宽，粒径的大小可控，产品质量好，是目前生产水性聚氨酯的主要方法。但该法需使用低沸点丙酮，易造成环境污染，工艺复杂，成本高，安全性低，不利于工业生产。2.1.2 预聚体混合法首先合成含亲水基团及端-NCO的预聚体，当预聚体的相对分子量不太高且粘度较小时，可不加或加少量溶剂，高速搅拌下分散于水中，再用亲水性单体(二胺或三胺)将其部分扩链，生成相对分子量高的水性聚氨酯，最终得到水性聚氨酯分散液。为合成低粘度预聚体，通常选择脂肪族或脂环族多异氰酸酯，因为这两种多异氰酸酯的反应活性低，预聚体分散于水中后用二胺扩链时受水的影响小。但预聚体混合分散过程必须在低温下进行，以降低-NCO与水的反应活性；必须严格控制预聚体粘度，否则预聚体在水中分散将非常困难。预聚体混合法避免了有机溶剂的大量使用，工艺简单，便于工业化连续生产。缺点是扩链反应在多相体系中发生，反应不能按定量的方式进行。2.1.3 熔融分散缩聚法熔融分散缩聚法又称熔体分散法，是一种无溶剂制备水性聚氨酯的方法。该法把异氰酸酯的加聚反应和氨基的缩聚反应紧密地结合起来。先合成带有亲水性离子基团和端-NCO基的聚氨酯预聚物，预聚物与尿素进行加聚反应得到含离子基团的端脲基聚氨酯低聚物。此低聚物在熔融状态下与甲醛水溶液发生缩聚反应和羟甲基化应，形成含羟甲基的聚氨酯双缩二脲，用水稀释后，得到稳定的水性聚氨酯分散液。该方法的特点：反应过程中不需要有机溶剂，工艺简单，易于控制，配方可变性较大，不需要特殊设备，因此具有广阔的发展前景。但该法反应温度高，生成的水性聚氨酯分散体为支链结构，分子量较低。2.1.4 酮亚胺/酮联氮法在预聚体混合法中，采用水溶性二元伯胺作扩链剂时，由于氨基与-NCO基团反应速率过快，难以获得粒径均匀而微细的分散体。扩链阶段若用酮亚胺或酮联氮代替二元伯胺进行水相扩链则能解决此问题。酮亚胺由酮与二胺反应生成，酮联氮由酮与肼反应生成。酮亚胺/酮联氮与含离子基团的端-NCO基聚氨酯预聚体混合时不会过早发生扩链反应，但遇水时，酮亚胺/酮联氮与水反应则释放出二胺/腆，对预聚体进行扩链，由于受释放反应的制约，扩链反应能够平稳地进行，得到性能良好的水性聚氨酯分散液。 酮亚胺/酮联氮法适用于由芳香族异氰酸酯制备水性聚氨酯分散液，该法融合了丙酮法、预聚体混合法的优点，是制备高质量水性聚氨酯的重要方法。2.1.5 保护端基乳化法使用酚类、甲乙酮亚胺、吡咯烷酮、亚硫酸氢钠等封闭剂，将带有亲水性离子基团和-NCO封端的聚氨酯预聚物的端-NCO基团保护起来，使-NCO基团失去活性，制成一种封闭式的聚氨酯预聚体，加人扩链剂和交联剂共同乳化后，制成水性聚氨酯分散液。应用时，加热可使预聚物端-NCO基团解封，-NCO基团与扩链剂、交联剂反应，形成网络结构的聚氨酯胶膜。此法对工艺要求颇高，乳液稳定性差，关键在于选择解封温度低的高效封闭剂。2.2 基本原料聚氨酯乳液的合成中所牵涉的化学原料较多，除聚氨酯树脂所用的多元醇、多元胺、多异氰酸酯之外，还有聚氨酯乳液特有的原料如羟基酸、醇胺等，通过调节分子结构制得性能不同的聚氨酯乳液。所以，聚氨酯乳液所用的原料是多样的。现就其主要原料，亲水性扩链剂、成盐剂、溶剂、水、助剂介绍如下。2.2.1 大分子多元醇化合物聚氨酯所用大分子多元醇化合物主要是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃、聚酯酰胺、丙烯酸多元醇、蓖麻油类多元醇以及端羟基聚丁二烯橡胶、聚1,6-己二醇碳酸酯等，它们在合成聚氨酯乳液中起着重要的作用。水性聚氨酯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。聚醚型由于醚基易旋转，具有较好的柔顺性，有优越的低温性能，并且醚基不易水解，耐水解性比聚酯型好。但醚键的碳易被氧化，容易产生一系列氧化降解反应。由于价格的原因，国内目前主要采用聚醚多元醇制备水性聚氨酯，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，黏结力好，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，但采用耐水解性聚酯多元醇，可以提高水性聚氨酯的耐水解性。国外的聚氨酯乳液胶黏剂及涂料的主流产品是聚酯型的，脂肪族非规整结构聚酯的柔顺性也较好。规整结构的结晶性聚酯二醇制备的单组分聚氨酯乳液胶黏剂，胶层经热活化黏结，初始强度较高。而芳香族聚酯多元醇制成的水性聚氨酯对金属、RET等材料的粘接力高,内聚强度大。2.2.2 多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，HDI等脂肪族二异氰酸酯和IPDI、H-MDI等脂环族二异氰酸酯等十多个品种。芳香族聚氨酯材料的力学性能良好，但容易黄变，并且由于存在苯环结构而使水分散液的热活化温度较高，限制了它的应用范围。脂肪族或脂环族聚氨酯的耐水解性比芳香族聚氨酯好，贮存稳定性好，耐黄变。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。根据TDI中2,4-异构体的含量，分为T65、T80、T100三个商品牌号。TDI2，4位的反应活性差异对控制预聚体结构比较有利，但在水分子存在的情况下，TDI对羟基的反应选择性不如HDI。 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，异氰酸酯种类和结构对水性聚氨酯的各项性能影响很大。脂肪和脂环族异氰酸酯的异氰酸酯基团与水反应的活性比芳香族异氰酸酯低，制备工艺较易控制，且由于芳香族异氰酸酯中的异氰酸酯基直接连接在苯环上，产品受日照易被氧化成醌而变黄。而脂肪族异氰酸酯制品耐日照性能好。2.2.3 亲水性扩链剂亲水性扩链剂是在对端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体进行扩链的同时引入亲水性基团的物质。主要有二羟甲基丙酸（DMPA）、二羟基半酯、乙二氨基乙磺酸钠、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺等。这类扩链剂是水性聚氨酯制备中使用的专用原料。这类扩链剂中常常含有羧基、磺酸基团或仲氨基。当其侧挂到聚氨酯分子链上，就使得聚氨酯链段上带有能被离子化的功能性基团。聚氨酯的链结构是影响水性聚氨酯分散体粒径最重要的因素。根据水性聚氨酯亲水基团的类型，亲水性扩链剂可分为阴离子型扩链剂、阳离子型扩链剂、非离子型扩链剂。重点介绍阴离子型扩链剂。阴离子型扩链剂。2,2-二羟甲基丙酸，又称，-双羟甲基丙酸，英文缩写名称为DMPA，是一种多功能化合物。分子量：134.1外观：白色粉状结晶熔点：大于180度。它的结构既是一种典型的新戊基结构，又是一种典型的二元醇结构。新戊基结构赋予它良好的耐热性、耐水解性和颜色稳定性。而作为带有羧基的二元醇，DMPA可以参加聚氨酯的扩链反应,在扩链反应中保存下来的低活性羧基,可以转化为铵盐或碱金属盐而使聚氨酯具有水溶性,使聚氨酯获得自乳化性能.因而使用DMPA可制造稳定性优良的自乳化型水性聚氨酯。DMPA已相当广泛地应用于阴离子型水性聚氨酯的生产中。 2.2.4 成盐剂成盐剂（中和剂）是一种能和羧基、磺酸基、叔氨基或脲基等基团反应形成聚合物盐，或者生成离子基团的试剂。阴离子型水性聚氨酯使用的成盐剂主要是三乙胺、氨水、氢氧化钠等，阳离子水性聚氨酯的成盐剂主要是盐酸、醋酸环氧氯丙烷等烷基化试剂。2.2.5 溶剂由于在预聚反应过程中，有时黏度会很大，以致搅拌困难，此时向体系中加入有机溶剂以降低黏度，利于搅拌，且低黏度有助于充分反应，使分子链进一步增长。常用的有机溶剂有丙酮、丁酮、甲乙酮、二氧六环、N，N-二甲基酰胺、甲基吡咯烷酮等。在水性聚氨酯涂料中，虽然最终溶于水中，但在合成聚氨酯时，要求体系绝对无水，这对溶剂的选择就有较高的要求，除了要考虑溶解度、挥发度等溶剂共性外，还要考虑涂料中异氰酸酯基的特点，考虑成本的问题，工业大多采用丙酮作为溶剂。丙酮的沸点较低，有利于脱除，但会使制备最后的反应温度较低，反应时间加长。在合成反应中，随着异氰酸酯基与羟基反应的不断进行，反应体系的黏度越来越大，当黏度达到一定程度后，若不设法使其降低，反应产物很快就会凝胶，导致反应失败。通常加入丙酮作为溶剂分散聚合物，对于何时加入丙酮，必须考虑其特性，丙酮的沸点是55.6度，当聚合物温度高于此温度时，丙酮会挥发而难以保留在反应体系中，达不到降低黏度的目的，若预聚时就加入丙酮，则反应体系温度不能超过60度而在温度低的情况下，异氰酸酯基与羟基的反应速度小，聚合反应所需的时间就长，如果在聚合过程中丙酮加得太迟，则由于加扩链剂后反应体系黏度迅速加大，极易引起凝胶。将TDI与二元醇在较高温度下进行本体聚合，达到一定黏度后，降低温度，加入一定量丙酮降低反应体系黏度，再加入扩链剂，引入亲水基，进一步进行扩链反应，最后中和、乳化、过滤，这样制得的乳液均一，粒子大小符合要求，分子量分布恰当、贮存稳定、产品性能好。在预聚后扩链前，加入丙酮的量越多，预聚物分散得越好，扩链反应越均匀缓和，乳液粒子越细，稳定性越好。如果丙酮加入过少，则反应体系黏度仍较高，在加入扩链剂进行扩链反应时很快就会凝胶，经试验得出加入反应体系总质量50%的丙酮就能够使扩链反应均匀进行，体系黏度缓慢增加，引入亲水基后，可制得外观乳白，粒子细，稳定性好的聚氨酯乳液。2.2.6 水水是水性聚氨酯胶黏剂的主要介质，为了防止自来水中的Ca2+ 、K+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胶黏剂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于水的同时，水也参与扩链，由于水或二胺的扩链，实际上大多数水性聚氨酯是聚氨酯-脲乳液（分液），聚氨酯-脲比纯聚氨酯有更大的内聚力和黏结力，脲键的耐水性比氨酯键好。涂膜的附着力大小主要由以下三个条件来保证，1，涂膜对基材表面要有浸润作用，这取决于界面张力和表面的形态及污染程度；2，涂装时涂膜应有适当的黏度，要求有一定流动性，避免形成空隙、气泡或形成应力集中而引起涂膜剥离；3，涂膜固化后的附着力将左右涂膜的强度。由于水分蒸发或发生某些化学反应时会形成一定的凝聚力，同时伴随着固化又使涂膜收缩而产生内应力，使涂膜附着性降低，这些都是因为水作为溶剂造成的。2.2.7 封端剂从理论上讲，含有活泼氢的亲核试剂，均可作为异氰酸酯的封端剂。关键在于对水溶性和解封温度的选择，大致可分为(酚类、醇类、胺类、内酰胺、二羰基化合物、硫酚硫醇、无机酸等。选用什么样的封端剂，可根据具体要求而定。封端剂中亲核元素上的推电子取代基可增加其封端反应，拉电子取代基可增加其解封反应。酚类封端剂封端反应时间较长且解封温度高；亚硫酸氢钠封端反应快且解封温度低（50度）。2.3 设备2.3.1 预聚釜聚氨酯树脂的反应器一般为立式反应釜，带搅拌装置的罐式立式反应釜是间歇法合成聚氨酯乳液时应用最广泛的。反应釜主要由罐体、夹套、传动装置、轴封装置、搅拌装置、进、出料口、入孔、容器法兰以及支座等构成。要指出的是，反应釜容积的加大能降低投资和操作费用，并能提高劳动生产率。例如，装置一台容积大一倍的反应釜比装置两台同容积的反应釜可降低投资20%-30%，并显著减少操作费用，还可以使产品稳定性提高。但对于水性聚氨酯的制备，反应器容积增大会带来另一个问题，在反应物料体积增大时，反应器容积与物料体积放大倍数的立方成正比，而夹套（或内盘管）的面积与放大倍数的平方近似成正比，即用于热交换的面积变化跟不上反应器容积的变化。表2.1 反应器容积与热交换比表面积变化的比较反应器容积/ m12.55101625热交换比表面积/ (/m )4.33.22.32.01.71.5热交换的比表面积随反应器容积的增加而减少，因此，水性聚氨酯树脂的反应器容积越大，对水性聚氨酯树脂合成加热和冷却的效果越差，所需要的时间也越长。考虑到水性聚氨酯合成用反应釜需要定期铲，釜内不适宜安排盘管进行换热，所以，水性聚氨酯合成过程中，反应器容积越大，发生反应的过程越激烈，排除反应热的速度也越慢，也就越容易有发生凝胶等现象而使得产品报废的可能。2.3.2 分散釜聚氨酯的乳化是在乳化设备中完成的，油溶性的聚氨酯树脂即便是引入了亲水基团，它在水中的溶解也不是轻易实现的，必须借助剧烈搅拌等外力才能够完成。在水性聚氨酯乳液的生产过程中，对所选乳化设备的主要要求是：1，搅拌速度快，即能给树脂以很强的剪切力，以便使聚氨酯树脂均匀地分散在水中；2，转速可调,，以便乳化过程中进行必要的反应。在水性聚氨酯的生产过程中，乳化设备首选科勒斯高速搅拌机。它是带有高剪切、齿盘式搅拌的快速混合器。它不仅能改变搅拌速度，从每分钟几百转到每分钟三千转，还能改变搅拌齿数和齿的倾斜度以赋予最佳的搅拌效果。齿盘式搅拌器的特点是齿盘周围混合物的湍流程度高，在离搅拌不远处的物流的切向和径向速度显著下降，从而形成最大的剪切应力，促进强烈搅拌以使得聚氨酯树脂更好地分散于水中。2.3.3 冷凝器水性聚氨酯合成过程中，冷凝器的生产负荷不大，而且冷热流体的温度变化相差不是很大，因此从设备的投资，使用时的维护等方面考虑，可以采用固定管板式，列管式换热器。由于这类换热器已经标准化生产，因此可根据生产过程的热负荷直接选用，而换热器的材料可以考虑用不锈钢。2.3.4 真空泵水性聚氨酯生产过程中，往往采用真空加料，而吸入的物料往往具有一定的黏度，因此要求系统的真空度比较高，可以考虑水环真空泵，当系统真空度要求相对较低时，罗茨真空泵、旋片真空泵等。现场操作时，加料是在常压下操作的，只有在脱溶剂时是负压，既可以用水环真空泵也可以用罗茨风机。2.4 生产操作2.4.1 投料 公用工程准备好，冷冻水1/2开的。加入聚酯多元醇，加入到1/2量时启动搅拌。然后加入小分子多元醇。加入其它散称物料，如DMPA。适宜温度下加入多异氰酸酯。如HDI、HMDI然后少量丙酮稀释。适宜温度下加入催化剂。2.4.2 预聚反应 加入催化剂后，会缓慢升温，然后多次小量升温，直至目标温度。然后取样分析-NCO。合格后，降温，加入大量丙酮稀释。转至扩链釜。2.4.3 扩链 预聚体转至扩链釜后，启动搅拌，适宜温度下加入扩链剂。反应一段时间后，准备转至分散釜。2.4.4 分散 在反应足够的时间后，开始加水分散，控制搅拌转速和加水的流量。分散开后，继续搅拌一段时间，准备转至脱丙酮釜。2.4.5 脱丙酮 分散好的粗乳液转至脱丙酮釜后，启动搅拌，加入助剂，然后开始启动真空机组，然后逐步提真空，直至全真空。每个一小时取样测粒径，并观察釜内状况，经常会出现起沫现象，防止泡沫进入精馏塔。根据经验来估计脱丙酮结束时间，然后取样测固体含量。合格后，停真空。然后加入其它助剂和杀菌剂，并根据固含（一般高于理论值）补加工艺水。搅拌一段时间，开始包装。2.5水性聚氨酯实验操作方法2.5.1 预聚体混合法生产原料表2.2原料药品级别生产厂家异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）工业级，Bayer 进口分装山东东营赛美克化工厂2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）工业品山东东营赛美克化工厂聚乙二醇（PEG，Mw=1000）分析纯成都市科龙化工试剂厂1,4-丁二醇（BDO）分析纯成都市科龙化工试剂厂N-甲基吡咯烷酮（NMP）分析纯成都市科龙化工试剂厂，乙酸乙酯及三乙胺（TEA）分析纯成都市科龙化工试剂厂三乙醇胺（TELA）分析纯成都金山化工试剂厂催化剂-M、二正丁胺-甲苯溶液-实验室自配制蒸馏水-实验室自配制2.5.2 PU乳液合成将已脱水的聚乙二醇（PEG-1000）、二羟甲基丙酸（溶于NMP）装入250 mL四口烧瓶中，温度调至60后，再加入异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）及少量催化剂-M（具体配方见表2.2），在氮气保护下，搅拌均匀，0.5 h后逐步升温至75，反应2 h后，加1,4-丁二醇（BDO）继续反应2.5h，反应过程中视体系黏度大小加入适量乙酸乙酯，当NCO值达到理论值终止反应（二正丁胺滴定法判断反应终点），得到聚氨酯预聚体。将聚氨酯预聚体加入到三乙醇胺的水溶液剪切乳化，整个乳化过程在冰水浴中进行，温度控制在30 以下，待搅拌均匀后，逐滴加入三乙胺进行中和成盐，剪切乳化反应40min，最后抽真空减压蒸馏脱除溶剂，制得水性聚氨酯乳液。2.5.3 WPU薄膜的制备取一定量水性聚氨酯乳液均匀地涂覆于聚四氟乙烯板上，室温下自然干燥固化一星期，将制得的薄膜样品（厚度一般约为0.5mm）在50真空干燥箱干燥72h，然后置于室温干燥器中储存待用。2.5.4产品性能测试预聚反应过程中-NCO%（质量分数）：采用二正丁胺盐酸滴定法测定。(1)乳液黏度：按GB/T2797-1995 测定。用NDJ9S数显黏度计测得各乳液在（250.5）下的黏度，每个试样测三次，取最小一个读数值，有效数三位。(2)贮存稳定性：通过离心机加速沉降试验模拟贮存稳定性。把样品放在AnkeTDL-40B型高速离心机中以3000r/min的转速离心沉降15min后，若无沉淀，则认为有6 个月以上的贮存稳定期。(3)胶膜的耐水性：将充分干燥后的胶膜剪成50mm50 mm，称其质量（m1），然后将其在（153）的蒸馏水中浸泡24h后取出，用滤纸快速吸干乳胶膜表面水后称重（m2），则其吸水率为：（m2-ml）/m1100%。(4)剥离强度：将乳液与计量的助剂（填充剂、稳定剂、增稠剂和增粘剂等）混合后均匀涂覆在PVC片材上，自然干燥1 h后，将其与另一片涂胶的PVC片材叠合，在50N 压力和130下热压0.5 h，其剥离强度采用GOTECH AI-7000 S 型拉力实验机以 200mm/min 的拉伸速度测定。 第三章 总结3.1 工艺改进措施（1）随着水性聚氨酯更广泛、更深入的应用，对其性能的要求也进一步提高，今后的水性聚氨酯将朝着高科技含量、高性能、多功能性方向发展。（2）需要充分利用聚氨酯分子的可设计性，探索新的合成方法和工艺，在聚氨酯链上引入特殊功能的分子结构，以获得具有更多功能的聚氨酯复合乳液。（3）同时应重视应用技术的研究，加速水性聚氨酯的生产和推广，这将具有重要的实践意义。随着经济的发展和水性聚氨酯消费需求的增大，以及科研人员的努力，高性能的水性聚氨酯必将取得长足的发展。3.2 应用前景高性能与低VOC含量相结合的水性聚氨酯涂料具有广阔的应用前景。涂膜干燥时间短、外观好、耐溶剂性好的水性聚氨酯涂料在木器涂料领域占有大量的市场份额；涂膜外观美好、具有良好的耐低温性和耐化学品性的水性聚氨酯皮革涂料，取代传统溶剂型丙烯酸皮革涂饰剂、硝基纤维素皮革涂饰剂，成为皮革涂料的主要品种。此外水性聚氨酯涂料还能应用于塑料涂料、工业涂料和腐蚀保护涂料，满足不同的性能要求。 随着对水性聚氨酯结构、性能、成膜过程的反应机理等进一步研究，结合新的水性多元醇聚合物的合成技术，水性聚氨酯涂料将会变得方便施工，涂膜性能易于设计和优化，以满足特殊用途。水性聚氨酯涂料的进展为：进一步完善和发展高性能无缺陷水性聚氨酯涂料体系；依聚氨酯分子的可裁剪特性，在聚氨酯链上引入特殊功能的分子结构如含氟、含硅聚合物链，赋予聚氨酯涂膜多功能性；在合成原料上采用可再生资源如植物油、松香及废弃塑料制备多元醇，然后应用该多元醇合成水性聚氨酯，即可节省资源，又可改善水性聚氨酯涂膜性能。水性聚氨酯涂料具有良好的耐磨性、柔韧性、耐低温性、耐疲劳性，优良的粘附力，通过引人不同结构可得到性能不同的涂料（如醚键可提高涂层的弹性），应用非常广泛。此外，水性聚氨酯涂料还可用于防水、防腐及玻璃、塑料、钢材等的装饰和保护。水性聚氨涂料的用途广，但成本较高