畢業(yè)論文-水性聚氨酯涂料的生產(chǎn)方法

畢業(yè)論文——水性聚氨酯涂料的生產(chǎn)方法畢業(yè)論文——水性聚氨酯涂料的生產(chǎn)方法/畢業(yè)論文——水性聚氨酯涂料的生產(chǎn)方法XX化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目水性聚氨酯涂料的生產(chǎn)方法姓名XXX學(xué)號XXXXXXXX所在系部化學(xué)工程系專業(yè)班級應(yīng)化XXXX指導(dǎo)教師XXX2014年4月摘要水性聚氨酯涂料是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，將乳液稀釋，原料水除了用作聚氨酯的溶劑或分散介質(zhì)，水還是重要的反應(yīng)性原料，在聚氨酯預(yù)聚體分散于水的同時，水也參與擴(kuò)鏈。水性聚氨酯是具有高強(qiáng)度、撕裂、耐磨等特性的高分子材料。由于聚氨酯合成反應(yīng)放熱量比較大，控制不當(dāng)易凝膠，對于反應(yīng)設(shè)備的要求是傳熱快，易清洗，此外聚氨酯反應(yīng)為逐步聚合反應(yīng)的特點，造成反應(yīng)過程中加料是分批加入的，第一步的加料量一般為總量的30﹪，所以對反應(yīng)設(shè)備的要求是長徑比大于1:1，大的可以到2:1，長徑比大時，物料與釜體接觸面積大，有利于設(shè)備傳熱。對于分散設(shè)備的要求是快速，剪切力大，可以調(diào)速。本文著重分析了丙酮法合成水性聚氨酯涂料工藝過程，結(jié)合自身工作崗位分析了水性聚氨酯的原料、設(shè)備與丙酮法操作，對水性聚氨酯涂料所存在的問題進(jìn)行了總結(jié)并提出了工藝改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞：水性聚氨酯，高分子材料，丙酮法，設(shè)備，原料目錄1前言 11.1水性聚氨酯涂料的發(fā)展現(xiàn)狀 11.2水性聚氨酯涂料用途與優(yōu)缺點 11.3水性聚氨酯的合成方法 21.3.1丙酮法 31.3.2預(yù)聚體法 31.3.3融熔分散法 31.3.4酮亞胺-酮連氮 31.3.5保護(hù)端基乳化法 42水性聚氨酯涂料生產(chǎn) 52.1原料介紹 52.1.1聚酯多元醇 52.1.2異氰酸酯 52.1.3擴(kuò)鏈劑DMPA 62.1.4三乙胺（中和劑/成鹽劑） 62.1.5溶劑（丙酮或甲乙酮） 62.1.6水 72.2工藝原理流程簡圖與方框圖 82.3工藝流程講解 82.3.1投料 82.3.2預(yù)聚反應(yīng) 92.3.3中和擴(kuò)鏈 92.4.4分散 92.4.5脫丙酮 93生產(chǎn)所需設(shè)備 103.1預(yù)聚釜 103.2中和擴(kuò)鏈釜 103.3分散釜 103.4脫溶劑釜 113.5精餾塔 113.6塔頂冷凝器 113.7真空泵 114總結(jié) 124.1水性涂料的發(fā)展趨勢 124.2水性聚氨酯涂料的發(fā)展前景 12參考文獻(xiàn) 13致謝 141前言1.1水性聚氨酯涂料的發(fā)展現(xiàn)狀水性涂料是以水作溶劑或分散介質(zhì)的涂料。最早的商品化水性涂料是在20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的?；谄鋵Νh(huán)境的相容性和保護(hù)性，并具有節(jié)省資源、節(jié)約能源的優(yōu)點，水性涂料產(chǎn)品很快就被市場接受，并逐漸發(fā)展擴(kuò)大。日本、美國1986年水性涂料分別占涂料總銷售量的18%和22%，英國1995年水性涂料產(chǎn)量占全國涂料總產(chǎn)量的64.5%。我國從60年代開始研究水性涂料，進(jìn)入90年代后，國家大力扶持水性涂料的發(fā)展。目前的市場占有率不高，但是發(fā)展前景很好。聚氨酯是氨基甲酸酯樹脂的簡稱，其分子中含有特征單元結(jié)構(gòu)氨基甲酸酯（-NH-CO-）。聚氨酯應(yīng)用十分廣泛，作為涂料具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、耐化學(xué)品性、硬度大、高彈性等優(yōu)點。水性聚氨酯（PU）是水性涂料中很有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，它包括單組分聚氨酯涂料和雙組分聚氨酯涂料兩種，是以水為介質(zhì)的二元膠態(tài)體系，不僅具有無毒、不易燃燒、不污染環(huán)境、節(jié)能、安全可靠、不易損傷被涂飾表面、易操作和改性等優(yōu)點；同時還具有溶劑型聚氨酯的一些重要的性能特征，使得它在織物、皮革涂飾與粘合劑等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單組分水乳型聚氨酯的特征在于很高的斷裂伸長率（達(dá)到800%以上）和較高的抗拉伸強(qiáng)度（達(dá)20MPa左右），但因其具有線型結(jié)構(gòu)，分子中含有親水基團(tuán)，其耐水性、耐溶劑性較差，應(yīng)用受到了限制。水性雙組分聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域基本上與溶劑型涂料相當(dāng)，既可用于熱敏材料（如木材、塑料）和不能烘烤的大型物件，也可用于諸如汽車類的烘烤物件.通過對報道的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，表明，水性雙組分聚氨酯涂料除了干燥時間稍長和適用期稍短外，涂膜的裝飾性、機(jī)械性能、耐化學(xué)性和耐候性均可與溶劑型雙組分PUD涂料相媲美。1.2水性聚氨酯涂料用途與優(yōu)缺點1.2.1水性聚氨酯涂料用途隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提高，各國對揮發(fā)性有機(jī)物與有毒物的限制越來越嚴(yán)格，20世紀(jì)90年代，國際上興起“綠色革命”，促進(jìn)全球工業(yè)向“綠色”方向邁進(jìn)。PUD的低VOC含量，符合發(fā)展綠色工業(yè)的“三前提”(資源、能源、無污染)與“四E原則”(經(jīng)濟(jì)ECONOMY、效率EFFICIENCY、生態(tài)ECOLOGY、活力ENERGY)。雖然聚氨酯具有天然的優(yōu)良機(jī)械性能。然而水性聚氨酯在環(huán)保方面比它更有優(yōu)勢，而且隨著人們對水性聚氨酯的研究，目前水性聚氨酯分散體已在通用溶劑型聚氨酯所覆蓋的領(lǐng)域大量使用，成功地應(yīng)用于輕紡、皮革加工、涂料、木材加工、建材、造紙和膠粘劑等行業(yè)。聚氨酯乳液涂飾后的皮革，具有光澤度高、手感好、耐磨耗、小易斷裂、彈性好、耐低溫性能和耐撓屈性能優(yōu)良等特點。此外，在紡織品涂層整理中有廣泛的應(yīng)用。水性聚氨酯對紡織品的成膜性好、粘接強(qiáng)度高、能賦予織物柔軟、豐滿的手感，改善織物耐磨性、抗皺性、回彈性、通透性和耐熱性等。水性PU比有機(jī)溶劑型PU應(yīng)用成本低、無公害、易處理、粘合效果好，在膠粘劑與涂料行業(yè)有很好的發(fā)展前景。聚氨酯離子聚合物對天然和合成橡膠表面均具有很好粘接性，應(yīng)用于鞋類的制造。目前，水性聚氨酯主要用作家具漆、電泳漆、電沉積涂料、建筑涂料、紙張?zhí)幚硗苛?、玻璃纖維涂料等。除此之外水性涂料還有一些特殊用途，如用作安全玻璃的中間涂膜，以制成不碎裂的安全玻璃，廣泛用于汽車、飛機(jī)、輪船或航天儀器。水性分散體主要用作金屬涂料，如陽離子型電沉積涂料被廣泛用于汽車底漆，以提高車體的抗腐蝕性能。水性PU在紡織和印染助劑方面的應(yīng)用越來越廣泛。如用作染色助劑、涂料印花粘接劑、柔軟與防皺整理劑、抗靜電和親水整理劑等，可提高其染色深度、牢度以與紡織物的其他性能。近年來，水性PU也廣泛用于石油破乳劑，造價低、破乳效果好、速度快、無毒、使用方便。此外，在聚氨酯主鏈上接枝多氟烷基，即可制作優(yōu)良的防水、防油、防污劑；在其主鏈上接枝鹵素、磷等元素，也可制成優(yōu)良的阻燃整理劑等。水性聚氨酯開始被越來越廣泛的使用。1.2.2水性與溶劑型聚氨酯涂料比具有的優(yōu)缺點水性聚氨酯是以水為介質(zhì)的二元膠態(tài)體系，聚氨酯粒子分散于連續(xù)的水相中，有人也稱水系聚氨酯或水基聚氨酯。與溶劑型聚氨酯比，水性聚氨酯除了無溶劑臭味、無污染等優(yōu)點，具體如下表：表1.1水性與溶劑型聚氨酯涂料的性能比較性能水性聚氨酯涂料溶劑型（油性）聚氨酯涂料毒性環(huán)保型，無氣味或低氣味，非易燃品危害健康，污染環(huán)境，氣味重，易燃物品強(qiáng)度不良施工條件有可能影響成膜強(qiáng)度，彈性優(yōu)于油性涂料成膜容易，強(qiáng)度穩(wěn)定耐用性對于個別溶劑的抵抗性，不如油性涂料某些油性涂料易發(fā)霉，需要添加防霉劑粘結(jié)性粘結(jié)性廣泛，對某些基質(zhì)的粘結(jié)性不如油性涂料粘結(jié)性通常優(yōu)于水性涂料，特別是對已粉化表面保色性淡保色性優(yōu)異保色性欠佳，日曬下顏色逐漸變1.3水性聚氨酯的合成方法水性聚氨酯的制備通常采用兩類方法：外乳化法和自乳化法。外乳化法將聚氨酯預(yù)聚物緩慢加入到含乳化劑的水中，形成粗粒乳液，再送入乳化器形成粒徑適當(dāng)?shù)娜橐?。該法制備的聚氨酯乳液膠體穩(wěn)定性較差，適于材料的表面處理，如羊毛的不粘處理等。水性聚氨酯乳液的制備多采用聚合物自乳化法，即在聚合物分子鏈上引入適量的親水性基團(tuán)，在一定條件下分散形成穩(wěn)定乳液。自乳化法操作簡單，制得的乳液性能比外乳化法要好，目前合成水性聚氨酯都采用這種方法。自乳化法分為:丙酮法、預(yù)聚體法、熔融分散法、酮亞胺-酮連氮法、保護(hù)端基乳化法。1.3.1丙酮法首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯預(yù)聚體，再以有機(jī)溶劑稀釋預(yù)聚體，然后再進(jìn)行乳化的方法。在溶劑存在下，預(yù)聚體與親水性擴(kuò)鏈劑進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，生成較高分子量的聚氨酯，反應(yīng)過程可根據(jù)所需要加入溶劑以降低聚氨酯溶液黏度，使之易于攪拌，然后加水進(jìn)行分散，形成乳液，最后蒸去溶劑。溶劑以丙酮，故稱為丙酮法。特點：易于操作，重復(fù)性好，制得的水性聚氨酯分子量可變范圍寬粒粒徑的大小可控，產(chǎn)品質(zhì)量好，是目前生產(chǎn)水性聚氨酯的主要方法。但該法需要耗費大量低沸點丙酮，易造成環(huán)境污染，工藝復(fù)雜，成本高。1.3.2預(yù)聚體法預(yù)聚體法是近年來發(fā)展起來的,它是將水性單體引入到預(yù)聚物鏈中,制成親水性的聚合物鏈,得到親水改性的端—NCO基聚氨酯預(yù)聚體,由于預(yù)聚體的分子量不是太高,粘度不大,可不加溶劑稀釋,或僅需在水中以少量溶劑稀釋就能在剪切力作用下分散于水中，再用親水性單體（二胺或三胺）將其部分?jǐn)U鏈，生成相對分子量高的水性聚氨酯，最終得到水性聚氨酯分散液。為合成低粘度預(yù)聚體，通常選擇脂肪族或脂環(huán)族多異氰酸酯，因為這兩種多異氰酸酯反應(yīng)活性低，預(yù)聚體分散于水中后用二胺擴(kuò)鏈時受水的影響小。但分散過程必須在低溫下進(jìn)行,以降低—NCO與水反應(yīng)活性；須嚴(yán)格控制預(yù)聚體粘度，否則預(yù)聚體在水中分散將非常困難。特點：此法避免了有機(jī)溶劑的大量使用，工藝簡單，便于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。缺點是擴(kuò)鏈反應(yīng)在多相體系中發(fā)生，反應(yīng)不能按定量的方式進(jìn)行。1.3.3融熔分散法熔融分散縮聚法又稱熔體分散法，是一種制備水性聚氨酯的無溶劑分散法。該法把異氰酸酯的加聚反應(yīng)和氨基的縮聚反應(yīng)緊密地結(jié)合起來。先合成帶有親水性離子基團(tuán)和端-NCO基的聚氨酯聚合物，預(yù)聚物與尿素進(jìn)行加聚反應(yīng)得到含離子基團(tuán)的端脲基聚氨酯低聚物。此低聚物在熔融狀態(tài)下與甲醛水溶液發(fā)生縮聚反應(yīng)和羥甲基化反應(yīng)，形成含羥甲基的聚氨酯雙縮二脲，用水稀釋后，得到穩(wěn)定的水性聚氨酯分散液。特點：反應(yīng)過程不需要溶劑，工藝簡單，易于控制，配方可變性較大，不需要特殊設(shè)備，因此具有廣闊的發(fā)展前景。但反應(yīng)溫度高，生產(chǎn)水性聚氨酯分散體為支鏈結(jié)構(gòu)，分子量較低。1.3.4酮亞胺-酮連氮亞胺-酮連氮法是指封閉二胺和封閉聯(lián)胺被用作潛在的擴(kuò)鏈劑加到親水性—NCO官能封端預(yù)聚物中,二胺和聯(lián)胺與酮類反應(yīng)分別得到酮亞胺和酮連氮。當(dāng)水分散該混合物時,由于酮亞胺的水解速度比—NCO與水的反應(yīng)速度快,釋放出二元胺或肼與分散的聚合物微粒反應(yīng),得到的水性聚氨酯-脲具有良好的性能。酮亞胺/酮連氮法適用于由芳香族異氰酸酯制備水性聚氨酯分散液，該法融合了丙酮法、預(yù)聚體混合法的優(yōu)點，是制備高質(zhì)量水性聚氨酯的重要方法。1.3.5保護(hù)端基乳化法 使用酚類、甲乙酮亞胺、吡咯烷酮、亞硫酸氫鈉等封閉劑，將帶有親水性離子基團(tuán)和-NCO封端的聚氨酯預(yù)聚物的端-NCO基團(tuán)保護(hù)起來，使-NCO基團(tuán)失去活性，制成一種封閉式的聚氨酯預(yù)聚體，加人擴(kuò)鏈劑和交聯(lián)劑共同乳化后，制成水性聚氨酯分散液。應(yīng)用時，加熱可使預(yù)聚物端-NCO基團(tuán)解封，-NCO基團(tuán)與擴(kuò)鏈劑、交聯(lián)劑反應(yīng)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氨酯膠膜。特點：此法對工藝要求頗高，乳液穩(wěn)定性差，關(guān)鍵在于選擇解封溫度低的高效封閉劑。2水性聚氨酯涂料生產(chǎn)我所在的生產(chǎn)車間主要用丙酮法生產(chǎn)聚氨酯產(chǎn)品，用多元醇和異氰酸酯經(jīng)催化劑聚合反應(yīng)之后，加入大量丙酮稀釋，再加擴(kuò)鏈劑擴(kuò)鏈，后加水經(jīng)強(qiáng)剪切力作用下分散，生成成品粗乳液，其中粗乳液中含有溶劑水和溶劑丙酮，需要將乳液中的水和丙酮分離出來才能夠生產(chǎn)出合格的成品乳液，并且乳液固體含量需要達(dá)到50.0%±0.5%。2.1原料介紹制備水性聚氨酯的原料大致相同，其應(yīng)用方向的改變多由原料的不同配比和不同的催化劑而決定，因為物料量和催化劑的理化性質(zhì)屬于保密范疇，所以對物料量與催化劑理化性質(zhì)不多做介紹。生產(chǎn)所用基本原料如下表：表2.1生產(chǎn)用基本原料表物料簡稱化學(xué)名稱俗稱PL2000新戊二醇聚酯多元醇HDI異氰酸六亞甲基酯異氰酸酯H12MDI4,4′-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯二異氰酸酯DMPA二羥甲基丙酸擴(kuò)鏈劑TEA三乙胺中和/成鹽劑Ace丙酮丙酮PWH2O水2.1.1聚酯多元醇聚酯多元醇，有機(jī)物，通常是由有機(jī)二元羧酸(酸酐或酯)與多元醇(包括二醇)縮合（或酯交換）或由內(nèi)酯與多元醇聚合而成，常溫下是固體。二元酸有苯二甲酸或苯二甲酸酐或其酯、己二酸、鹵代苯二甲酸等。多元醇有乙二醇、丙二醇、一縮二乙二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇等。不同品種的聚酯多元醇由于種類不同或制備工藝不一樣，性質(zhì)也不一樣，對于聚酯多元醇比較重要的幾個指標(biāo)是羥值、酸值、水分、粘度、分子量、密度以與色度等。聚酯多元醇的特性與用途：聚酯型聚氨酯因分子內(nèi)含有較多的酯基、氨基等極性基團(tuán)，內(nèi)聚強(qiáng)度和附著力強(qiáng)，具有較高的強(qiáng)度、耐磨性。涂料用聚酯樹脂（分子量2000-5000）主要以新戊二醇和間、對苯二甲酸等2.1.2異氰酸酯制備聚氨酯乳液常用的二異氰酸酯有甲苯二異氰酸酯(TDI)，4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)等芳香族二異氰酸酯，以與異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，4，4-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)，1，12-十二烷基二異氰酸酯(C12DDI)等脂肪族、脂環(huán)族二異氰酸酯。由于脂肪族或脂環(huán)族二異氰酸酯制成的聚氨酯，耐水解性比芳香族二異氰酸酯制成的聚氨酯好，水性聚氨酯產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性好，另外脂肪族二異氰酸酯耐黃變性比芳香族二異氰酸酯好得多，所以國外高品質(zhì)的聚酯型水性聚氨酯一般均采用脂肪族或脂環(huán)族二異氰酸酯制成。我所在的水性聚氨酯車間所用的則是HDI和H12MDI： 表2.2HDI與H12MDI的物化性質(zhì)異氰酸酯外觀NCO%分子式毒性HDI無色透明液體＜25%C23H38N3O36.1類有毒品H12MDI無色透明液體31.8%C15H12N2O26.1類有毒品六亞甲基二異氰酸酯（HDI）二環(huán)己烷基甲烷二異氰酸酯（H12MDI）2.1.3擴(kuò)鏈劑DMPA分子式：C5H10O4分子量：134.03物化性能：白色結(jié)晶粉末，熔點175－185℃，溶于丙酮、甲醇，不溶于苯、甲苯。新戊基結(jié)構(gòu)使它有良好的耐熱性、耐水性和顏色穩(wěn)定性，帶有羧基的二元醇結(jié)構(gòu)又賦予它一些特殊用途。產(chǎn)品用途：DMPA是一種多用途的有機(jī)原料。本產(chǎn)品在水性聚氨酯制造中既是擴(kuò)鏈劑，又能使聚氨酯獲得自乳化性能，可制成穩(wěn)定性優(yōu)良的自乳化性水性聚氨酯；還用于制備聚氨酯水乳液型皮革涂飾劑，是傳統(tǒng)的水乳性聚丙烯酸酯皮革涂飾劑的升級換代產(chǎn)品2.1.4三乙胺（中和劑/成鹽劑）三乙胺，有機(jī)化合物，是具有有強(qiáng)烈的氨臭的淡黃色透明液體，在空氣中微發(fā)煙。微溶于水，可溶于乙醇、乙醚。有堿性，與無機(jī)酸生成可溶的鹽類。2.1.5溶劑（丙酮或甲乙酮）在聚氨酯乳液制備中，為了降低粘度，利于預(yù)聚體的分散，可加入適量有機(jī)溶劑，可采用的有丙酮、丁酮、甲乙酮、二氧六環(huán)、N，N一二甲基酰胺、N一甲基毗咯烷酮等水溶性(或親水性)有機(jī)溶劑和甲苯等憎水性溶劑?？紤]到成本、操作性等因素，最常用的是丙酮，一下是丙酮的相關(guān)理化性質(zhì)：表2.2丙酮的理化性質(zhì)名稱性質(zhì)相對密度（水=1）0.80相對蒸氣密度（空氣=1）2.00沸點(℃)56.5分子式C3H6O飽和蒸氣壓(kPa)53.32（39.5℃）爆炸上限%（v/v）13.0爆炸下限%(v/v)2.5溶解性可與水、乙醇、乙醚等混溶2.1.6水所謂水性聚氨酯即是以水代替有機(jī)溶劑，將乳液稀釋，原料水除了用作聚氨酯的溶劑或分散介質(zhì)，水還是重要的反應(yīng)性原料，合成水性聚氨酯目前以預(yù)聚體混合法為主，在聚氨酯預(yù)聚體分散于水的同時，水也參與擴(kuò)鏈。所以對所使用的原料水必須是嚴(yán)格控制的，其中重要的控制指標(biāo)是水的溫度、電導(dǎo)率與PH值等，其中水中的鈣、鎂離子對乳液的穩(wěn)定性能影響最大，平時化學(xué)試劑工藝水即可滿足生產(chǎn)需求。2.2工藝原理流程簡圖與方框圖我在的車間生產(chǎn)主要是多元醇和異氰酸酯經(jīng)催化劑聚合反應(yīng)之后，加入大量丙酮稀釋，再加擴(kuò)鏈劑擴(kuò)鏈，后加水經(jīng)強(qiáng)剪切力作用下分散，生成成品粗乳液，在將乳液中的水和丙酮分離出來生產(chǎn)出合格的成品乳液。主要反應(yīng)方程式：R?NCO+R′?OH→RNHCOOR′主要分為投料、預(yù)聚反應(yīng)、中和擴(kuò)鏈、分散、脫溶劑（脫丙酮）五大部分。圖2.1基本工藝流程圖圖2.2基本工藝流程方框圖2.3工藝流程講解2.3.1投料公用工程準(zhǔn)備好，夾套冷凍水循環(huán)起來（給多元醇降溫）。把生產(chǎn)某種產(chǎn)品的聚酯多元醇（一般加熱到100度左右）加入預(yù)聚釜中，加入到能鉤到攪拌的量時啟動攪拌。然后加入小分子多元醇。加入其它散稱物料，如DMPA。適宜溫度下加入多異氰酸酯。如HDI、HMDI然后少量丙酮稀釋。適宜溫度下加入催化劑。2.3.2預(yù)聚反應(yīng)加入催化劑后，等待反應(yīng)自然升溫，然后多次小量蒸汽加熱，直至目標(biāo)溫度。溫度要控制在反應(yīng)溫度，不能超過反應(yīng)溫度，否則副反應(yīng)會增加，影響產(chǎn)品性能。然后取樣分析-NCO﹪。-NCO﹪合格后，降溫，加入大量丙酮稀釋（丙酮會影響分散后乳液的粒徑和黏度，所以加入丙酮量要準(zhǔn)）。轉(zhuǎn)至擴(kuò)鏈釜。其中主要反應(yīng)為異氰酸酯與聚酯多元醇的反應(yīng)，反應(yīng)方程式：R?NCO+R′?OH→RNHCOOR′2.3.3中和擴(kuò)鏈預(yù)聚體轉(zhuǎn)至擴(kuò)鏈釜后，啟動攪拌，適宜溫度下加入中和劑或擴(kuò)鏈劑。中和的作用是與預(yù)聚體中羧基反應(yīng)，中和成鹽，是預(yù)聚體更具有親水性。有些預(yù)聚體的分子鏈不符合要求，就要加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行擴(kuò)鏈（鏈增長反應(yīng)），使之在分散后粒徑符合要求。反應(yīng)一段時間后，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)至分散釜。此階段一定要注意擴(kuò)鏈時間，擴(kuò)鏈時間太長會出現(xiàn)擴(kuò)鏈過度，導(dǎo)致分散后粒徑過大。轉(zhuǎn)至分散釜。2.4.4分散轉(zhuǎn)到分散釜后，開始加水分散，控制攪拌轉(zhuǎn)速和加水的流量。分散就是把預(yù)聚體由油包水（水是親水基團(tuán)）的狀態(tài)，然后親水基團(tuán)吸水，通過相轉(zhuǎn)變（在相轉(zhuǎn)變的這個節(jié)點，如果突然中斷加水，會出現(xiàn)凝膠），形成水包油的現(xiàn)象。分散開后，繼續(xù)攪拌一段時間，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)至脫丙酮釜。注意加水流量和時間的控制，加水過快可能導(dǎo)致分散不均勻；加水過慢可能出現(xiàn)凝膠。2.4.5脫丙酮分散好的粗乳液轉(zhuǎn)至脫丙酮釜后，啟動攪拌，加入消泡劑（防止脫丙酮過程起沫嚴(yán)重），然后開始啟動真空機(jī)組，然后逐步提真空，直至全真空。每隔一小時取樣測粒徑，并觀察釜內(nèi)狀況，是否起沫，如起沫嚴(yán)重，就要補(bǔ)加消泡劑。根據(jù)丙酮儲罐的丙酮量和加入的丙酮量比較，再由理論固含計算，來估計脫丙酮結(jié)束時間，然后取樣測固體含量。合格后，停真空。然后加入其它助劑和殺菌劑，并根據(jù)固含（一般高于理論值）補(bǔ)加工藝水。攪拌一段時間，開始包裝。此階段主要是對真空度的控制，在逐漸提高系統(tǒng)真空度來降低丙酮的沸點，從而更有利于脫除。注意在逐漸提高系統(tǒng)真空度的時候要注意脫丙酮反應(yīng)釜內(nèi)的乳液狀態(tài)，防止乳液起沫過于嚴(yán)重，從而影響脫丙酮的效率。3生產(chǎn)所需設(shè)備3.1預(yù)聚釜水性聚氨酯的反應(yīng)器一般為立式反應(yīng)釜，帶攪拌裝置的罐式立式反應(yīng)釜是間歇法合成聚氨酯乳液時應(yīng)用最廣泛的。我所在的崗位是容積3立方米的反應(yīng)釜，主要由罐體、夾套、傳動裝置、軸封裝置、螺帶和框式復(fù)合式攪拌、進(jìn)、出料口、容器法蘭以與支座等構(gòu)成，由蒸汽加熱，冷凍水降溫。要指出的是，反應(yīng)釜容積的加大能降低投資和操作費用，并能提高勞動生產(chǎn)率。例如，裝置一臺容積大一倍的反應(yīng)釜比裝置兩臺同容積的反應(yīng)釜可降低投資20%-30%，并顯著減少操作費用，還可以使產(chǎn)品穩(wěn)定性提高。但對于水性聚氨酯的制備，反應(yīng)器容積增大會帶來另一個問題，在反應(yīng)物料體積增大時，反應(yīng)器容積與物料體積放大倍數(shù)的立方成正比，而夾套的面積與放大倍數(shù)的平方近似成正比，即用于熱交換的面積變化跟不上反應(yīng)器容積的變化。而且預(yù)聚反應(yīng)是很復(fù)雜的反應(yīng)，往往溫度高會帶來更多的副反應(yīng)，所以為了加大換熱面積，只會把預(yù)聚釜做長，但由于裝置限制，也不能做的太長。表3.1反應(yīng)器容積與熱交換比表面積變化的比較反應(yīng)器容積/m3熱交換比表面積/(㎡/m3)12.551016254.33.22.32.01.71.5有些預(yù)聚釜為了更好的換熱，采用夾套加熱，內(nèi)盤管降溫兩套控溫系統(tǒng)，更利于控制溫度變化。3.2中和擴(kuò)鏈釜聚合完的預(yù)聚體是在中和擴(kuò)鏈釜完成中和與擴(kuò)鏈反應(yīng)。主要由罐體、夾套、傳動裝置、軸封裝置、螺帶和框式復(fù)合式攪拌、進(jìn)、出料口、容器法蘭以與支座等構(gòu)成。加熱方式與預(yù)聚釜不同，用熱水加熱，由冷凍水降溫。3.3分散釜聚氨酯的乳化是在分散釜中完成的，油溶性的聚氨酯樹脂即便是引入了親水基團(tuán)，它在水中的溶解也不是輕易實現(xiàn)的，必須借助劇烈攪拌等外力才能夠完成。在水性聚氨酯乳液的生產(chǎn)過程中，對所選乳化設(shè)備的主要要求是：1，攪拌速度快，即能給樹脂以強(qiáng)剪切力，以便使聚氨酯樹脂均勻地分散在水中；2，轉(zhuǎn)速可調(diào),，以便乳化過程中進(jìn)行必要的反應(yīng)。分散釜與預(yù)聚釜、中和擴(kuò)鏈釜主要的區(qū)別在于：分散釜不是夾套，是半盤管；攪拌是帶鋸齒的分散盤，為分散提供強(qiáng)剪切力；釜壁帶有折流板，使混合效果更佳。3.4脫溶劑釜給脫丙酮提供足夠的空間，攪拌是反向雙攪拌，大攪拌為框式攪拌，小攪拌為平葉推進(jìn)式攪拌，帶有夾套。3.5精餾塔我所在的崗位精餾塔是填料塔，2.5米左右，我們主要目的是脫除丙酮，不需要給丙酮精餾。使用回流的方法，為塔頂和塔底有5-7℃的溫度差提空場所，更容易的脫除丙酮。3.6塔頂冷凝器是一個列管式換熱器，滿足在蒸餾過程中對蒸發(fā)丙酮氣冷凝的能力，防止丙酮氣排放至大氣中去，污染大氣。3.7真空泵在實際生產(chǎn)過程中，需要考慮的因素有乳液的溫度不得超過50℃，并且丙酮的沸點在常壓下為56.5℃，所以在常壓下將丙酮加熱分離出來務(wù)必會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。所以要在負(fù)壓條件下加熱，將丙酮與PU乳液分離出來，并達(dá)到固體含量值在要求范圍之內(nèi)。真空度最高可達(dá)到-0.1Mpa即可，并且在0至-0.1Mpa范圍內(nèi)可調(diào)壓力，水環(huán)真空泵即可滿足要求4總結(jié)4.1水性涂料的發(fā)展趨勢隨著科技進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的環(huán)保意識日趨增強(qiáng)、對健康的要求越來越高，環(huán)保法規(guī)也日趨完善，節(jié)資節(jié)能，保護(hù)環(huán)境，已成為全球涂料界面臨的主要問題。水性漆的開發(fā)在世界范圍內(nèi)受到重視：在歐美發(fā)達(dá)國家，水性漆的普與率已達(dá)80%以上。涂料工業(yè)大致可分為三個應(yīng)用領(lǐng)域，而水性涂料在最大的兩個應(yīng)用領(lǐng)域中占有相當(dāng)?shù)谋壤Ｔ诮ㄖ苛项I(lǐng)域里，水性涂料在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中占絕對優(yōu)勢，比如在德國占到93%，即使在西歐發(fā)展最慢的挪威也有60%份額。在工業(yè)涂料領(lǐng)域里，歐洲的水性工業(yè)涂料已超過100萬噸，2015年將達(dá)到200萬噸。水性工業(yè)涂料在世界工業(yè)涂料中已占30%，到2015年將達(dá)到50%以上?，F(xiàn)在歐洲水性工業(yè)涂料已占到40%；在專用涂料領(lǐng)域，目前水性涂料正在以前所未有的速度向汽車修補(bǔ)涂料、防腐蝕涂料、道路標(biāo)示涂料等所占比重較大的領(lǐng)域發(fā)展。4.2水性聚氨酯涂料的發(fā)展前景

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的水性聚氨酯涂料幾乎都是單組分的，而單組分體系的抗拉伸強(qiáng)度提高的程度很有限，對于高強(qiáng)度的涂膜,必須采用雙組分體系，其綜合性能與傳統(tǒng)的溶劑型雙組分聚氨酯產(chǎn)品相當(dāng)，這正是當(dāng)前國內(nèi)外的發(fā)展方向之一。由于溶劑型聚氨酯涂料對于人類自身和生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重威脅日益明顯，綠色涂料替代溶劑型涂料成為必然。而水性聚氨酯涂料具有經(jīng)濟(jì)節(jié)