一种制备水性聚氨酯分散体的连续生产系统、水性聚氨酯分散体的连续生产工艺和应用的制作方法

技术特征：

1.一种制备水性聚氨酯分散体的连续生产系统，其特征在于，包括：

多个管式反应器，用于将反应物料进行反应；多个所述管式反应器依次通过串联相互连接；

优选地，所述连续生产系统还包括：多个与每个管式反应器的进料口相连接的混合器，用于将反应原料混合均匀并连续注入管式反应器；

优选地，所述混合器为带有搅拌的动态混合器或不带搅拌的静态混合器。

2.根据权利要求1所述的连续生产系统，其特征在于，多个管式反应器包括：第一管式反应器(VR1)、第二管式反应器(VR2)、第三管式反应器(VR3)、第四管式反应器(VR4)、第五管式反应器(VR5)、第六管式反应器(VR6)和第七管式反应器(VR7)；

所述第一管式反应器(VR1)为含有内挡片的球型管式反应器，其长径比为10～500，其进口和出口的压力降小于0.05Mpa；所述内挡片设置于靠近球型管式反应器进口的球径1/4～1/2处；优选地，所述内挡片上设有若干均匀分布的圆形孔，圆形孔面积之和占内挡片总面积的25～78％；

所述第二管式反应器(VR2)为含有内挡片的球型管式反应器，其长径比为10～500，其进口和出口的压力降小于0.05Mpa；所述内挡片设置于靠近球型管式反应器进口的球径1/4～1/2处；优选地，所述内挡片上设有若干均匀分布的圆形孔，圆形孔面积之和占内挡片总面积的37～83％；

所述第三管式反应器(VR3)的长径比为10～200；

所述第四管式反应器(VR4)的长径比为10～200；

所述第五管式反应器(VR5)的长径比为50～500，且其设有超声波乳化装置；

所述第六管式反应器(VR6)的长径比为10～200；

所述第七管式反应器(VR7)的长径比为10～500。

3.一种水性聚氨酯分散体的连续生产工艺，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的连续生产系统进行水性聚氨酯分散体的制备，所述连续生产工艺包括如下步骤：

(1)将多异氰酸酯与低聚物多元醇在第一管式反应器(VR1)中接触进行第一步预聚合反应，得到预聚体I；其中，所述低聚物多元醇分别在第一管式反应器(VR1)的四个加料口分四部分同时加入第一管式反应器(VR1)中；

(2)将所述预聚体I与非离子亲水化合物在第二管式反应器(VR2)中接触进行反应，得到预聚体II；

(3)将所述预聚体II与溶剂和/或丙烯酸酯单体在第三管式反应器(VR3)中进行稀释；

(4)将稀释后的预聚体II与亲水扩链剂、小分子二元胺在第四管式反应器(VR4)中进行扩链反应，得到水性聚氨酯离聚体；

(5)将所述水性聚氨酯离聚体与去离子水在第五管式反应器(VR5)中进行乳化分散，得到水性聚氨酯粗乳液；再经脱溶剂即得水性聚氨酯分散体；

或者，所述连续生产工艺包括如下步骤：

(1’)将多异氰酸酯与低聚物多元醇在第一管式反应器(VR1)中接触进行第一步预聚合反应，得到预聚体I；其中，所述低聚物多元醇分别在第一管式反应器(VR1)的四个加料口分四部分同时加入第一管式反应器(VR1)中；

(2’)将所述预聚体I与亲水扩链剂、小分子二元醇在第二管式反应器(VR2)中进行反应，得到预聚体II；

(3’)将所述预聚体II与溶剂和/或丙烯酸酯单体在第三管式反应器(VR3)中接触进行稀释；

(4’)将稀释后的预聚体II与中和剂在第四管式反应器(VR4)中进行中和反应，得到水性聚氨酯离聚体；

(5’)将所述水性聚氨酯离聚体与去离子水在第五管式反应器(VR5)中接触进行乳化分散，得到水性聚氨酯粗乳液；再经脱溶剂即得水性聚氨酯分散体。

4.根据权利要求3所述的连续生产工艺，其特征在于，步骤(1)或步骤(1’)中，所述低聚物多元醇分四部分同时加入所述第一管式反应器(VR1)包括：第一部分加入所述低聚物多元醇的质量占其总加入质量的10～25％，第二部分加入量占其总加入质量的15～35％，第三部分加入量占其总加入质量的15～35％，第四部分加入量占其总加入质量的30～50％。

5.根据权利要求3或4所述的连续生产工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述非离子亲水化合物分三部分同时加入所述第二管式反应器(VR2)中；

优选地，所述非离子亲水化合物分别在第二管式反应器(VR2)的三个加料口分三部分同时加入所述第二管式反应器(VR2)包括：第一部分加入所述非离子亲水化合物的质量占其总加入质量的15～50％，第二部分加入质量占其总加入质量的15～50％，第三部分加入质量占其总加入质量的15～50％。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的连续生产工艺，其特征在于，所述连续生产工艺还包括：将所述水性聚氨酯粗乳液与后扩链剂接触进行后扩链反应步骤和/或将所述水性聚氨酯粗乳液与引发剂接触进行聚合反应步骤；再经减压脱溶剂得到水性聚氨酯分散体；

优选地，所述后扩链剂选自异佛尔酮二胺、丁二胺、乙二胺和1,6-己二胺中的一种或多种；

优选地，所述引发剂为连二亚硫酸钠和叔丁基过氧化氢。

7.根据权利要求3-6所述的连续生产工艺，其特征在于，步骤(1)或步骤(1’)中，将多异氰酸酯与溶剂在第一混合器(M1)中混合均匀后注入所述第一管式反应器(VR1)；

步骤(2)中，将所述预聚体I与催化剂在第二混合器(M2)中混合均匀后注入所述第二管式反应器(VR2)；或者步骤(2’)中，将所述预聚体I与亲水扩链剂、小分子二元醇、催化剂在第二混合器(M2)中混合均匀后注入所述第二管式反应器(VR2)；

步骤(3)或步骤(3’)中，将所述预聚体II与溶剂和/或丙烯酸酯单体在第三混合器(M3)中混合均匀后注入所述第三管式反应器(VR3)；

步骤(4)中，将稀释后的预聚体II与亲水扩链剂、小分子二元胺在第四混合器(M4)中混合均匀后注入所述第四管式反应器(VR4)；或者步骤(4’)中，将稀释后的预聚体II与中和剂在第四混合器(M4)中混合均匀后注入所述第四管式反应器(VR4)；

步骤(5)或步骤(5’)中，将所述水性聚氨酯离聚体与去离子水在第五混合器(M5)中混合均匀后注入所述第五管式反应器(VR5)；

优选地，所述后扩链反应步骤为：将所述水性聚氨酯粗乳液与后扩链剂在第六混合器(M6)中混合均匀后注入第六管式反应器(VR6)进行后扩链反应；所述聚合反应步骤为：将后扩链反应得到的水性聚氨酯粗乳液与引发剂在第七混合器(M7)中混合均匀后注入第七管式反应器(VR7)进行聚合反应；

优选地，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的连续生产工艺，其特征在于，

所述多异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯，优选选自六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；

所述低聚物多元醇选自聚酯二元醇、聚醚二元醇和聚碳酸酯二元醇中的一种或多种；优选地，所述聚酯二元醇的数均分子量为200～5000，选自聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸新戊二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇新戊二醇酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚己内酯二元醇、聚邻苯二甲酸己二醇酯二元醇和聚邻苯二甲酸新戊二醇酯二元醇中的一种或多种；优选地，所述聚醚二元醇的数均分子量为200～5000，选自聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯与聚氧化丙烯的共聚二元醇以及聚四氢呋喃二元醇的一种或多种；优选地，所述聚碳酸酯二元醇的数均分子量为200～5000，是由碳酸二酯和二元醇酯经过酯交换反应制得；

所述非离子亲水化合物为含有可与异氰酸根反应的单官能团或双官能团的亲水聚醚化合物，优选选自含有聚乙氧基链段且每个分子中环氧乙烷个数为12-75的化合物，其摩尔质量为500-3000g/mol；

所述小分子二元醇选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、二乙二醇、新戊二醇和环己基二甲醇中的一种或多种；

所述小分子二元胺选自异佛尔酮二胺、丁二胺、乙二胺、1,6-己二胺、哌嗪、1,4-二氨基环己烷、双-(4-氨基环己基)甲烷、己二酸二酰肼和肼中的一种或多种；

所述亲水扩链剂为含亲水基团的二羟基化合物、含磺酸的二氨基化合物或含磺酸盐的二氨基化合物；所述含亲水基团的二羟基化合物优选选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟甲基乙酸和二羟基琥珀酸中的一种或多种；所述含磺酸的二氨基化合物或含磺酸盐的二氨基化合物优选选自N-(2-氨乙基)-2-氨基乙烷磺酸及其碱金属盐或铵盐、N-(3-氨基丙基)-2-氨基乙磺酸及其碱金属盐或铵盐、N-(3-氨基丙基)-3-氨基丙磺酸及其碱金属盐或铵盐、N-(2-氨乙基)-3-氨基丙磺酸及其碱金属盐或铵盐中的一种或多种；

所述中和剂选自氨、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、吗啉、N-甲基吗啉、二甲基异丙基胺、N-甲基二乙醇胺、三乙胺、二甲基环己胺、乙基二异丙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化钙中的一种或多种；

所述溶剂选自丁酮和/或丙酮；

所述丙烯酸酯单体为饱和丙烯酸酯单体；所述饱和丙烯酸酯单体优选选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯中的一种或多种。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的连续生产工艺，其特征在于，

步骤(1)或步骤(1’)中第一管式反应器(VR1)的工艺条件包括：反应温度为60-140℃，停留时间为0.2-6h，反应压力为0.1-1Mpa；多异氰酸酯与低聚物多元醇的质量比为1:15～1:1；

步骤(2)或步骤(2’)中第二管式反应器(VR2)的工艺条件包括：反应温度为60-140℃，停留时间为0.2-6h，反应压力为0.1-1Mpa；多异氰酸酯与非离子亲水化合物的质量比为10:1～3:1，或者多异氰酸酯与亲水扩链剂的质量比为10:1～2:1，多异氰酸酯与小分子二元醇的质量比为25:1～2:1；

步骤(3)或步骤(3’)中第三管式反应器(VR3)的工艺条件包括：反应温度为20-60℃，停留时间为5-30分钟，反应压力为0.1-1Mpa；所述预聚体II与溶剂的质量比为1:0.25～1:2，所述预聚体II与丙烯酸酯单体的质量比为1:0.5～1:1.5；

步骤(4)或步骤(4’)中第四管式反应器(VR4)的工艺条件包括：反应温度为20-60℃，停留时间为5-30分钟，反应压力为0.1-1Mpa；预聚体II与亲水扩链剂的质量比为100:1～20:1，预聚体II与小分子二元胺的质量比为120:1～12:1；或者预聚体II与中和剂的质量比为120:1～20:1；

步骤(5)或步骤(5’)中第五管式反应器(VR5)的工艺条件包括：反应温度为5-30℃，停留时间为5-30分钟，反应压力为0.1-1Mpa；所述水性聚氨酯离聚体与去离子水的质量比为1:0.4～1:3。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的连续生产工艺，其特征在于，

后扩链反应步骤中第六管式反应器(VR6)的工艺条件包括：反应温度为10-40℃，停留时间为2-30分钟，反应压力为0.1-1Mpa；所述水性聚氨酯粗乳液与后扩链剂的质量比为500:1～50:1；

聚合反应步骤中第七管式反应器(VR7)的工艺条件包括：反应温度为10-100℃，停留时间为2-60分钟，反应压力为0.1-1Mpa；后扩链反应得到的水性聚氨酯粗乳液与引发剂的质量比为20000:1～2000:1。

11.一种如权利要求3-10中任一项所述的连续生产工艺在丙酮法的水性聚氨酯生产、预聚体法的水性聚氨酯生产、水性聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备过程以及可光固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备过程中的应用。

12.一种如权利要求3-10中任一项所述的连续生产工艺制得的水性聚氨酯分散体在木器涂料、纺织涂层、合成革、塑料涂层、金属涂层、个人护理、涂覆剂、粘合剂和密封剂中的应用。