一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，具體為：在20-80℃下，將氨基型籠型倍半硅氧烷加入到過量異氰酸酯單體的丙酮溶液中，反應(yīng)至清亮后，將溫度設(shè)定為60℃，向其中加入乙氧基封端聚合物二醇、二元醇、多元醇和催化劑二月桂酸二正丁基錫，反應(yīng)1-2h，預(yù)聚反應(yīng)過程中控制R值為1.50-3.00；然后升溫至70-90℃繼續(xù)反應(yīng)1-2h后降至室溫，然后向其中加水進(jìn)行分散，再于30-50℃加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)2-4h后，降至室溫，得到水性聚氨酯。本發(fā)明提供的水性聚氨酯經(jīng)測試具有良好的耐磨性和粘結(jié)強(qiáng)度，同時具有很好的凍融穩(wěn)定性。
【專利說明】一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水性聚氨酯是以聚氨酯樹脂為基料、以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型高分子材料。它不但保留了傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯的一些優(yōu)良性能，還具有無毒、不燃、不污染環(huán)境及節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的重視。作為新型的綠色環(huán)保材料，目前在輕紡、印染、皮革加工、木材加工和建筑等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]水性聚氨酯將聚氨酯的優(yōu)點(diǎn)與水性本身的低揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)含量相結(jié)合，符合發(fā)展涂料工業(yè)的“三前提”(資源，能源，無污染)及“四E原則”(經(jīng)濟(jì)Economy，效率Efficiency,生態(tài)Ecolo-gy,能源Energy)和日益強(qiáng)化的時代要求相適應(yīng)。全球水性聚氨酯(WPU)技術(shù)已進(jìn)入一個重要時期，目前正朝著多品種、多功能、低消耗、優(yōu)品質(zhì)等方向發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于與人們生活息息相關(guān)的各個領(lǐng)域。
[0004]自乳化法是在聚氨酯的分子骨架中引入親水性基團(tuán)(多為可形成離子鍵的基團(tuán))，然后將其分散于水中得到水性聚氨酯。親水性基團(tuán)是通過親水單體存在于聚氨酯分子骨架，使聚氨酯分子具有一定的親水性，通過親水基團(tuán)乳化聚氨酯，制得水性聚氨酯乳液，該類型的水性聚氨酯稱為自乳化型水性聚氨酯。自乳化法可以通過配比反應(yīng)體系中的親水性基團(tuán)與疏水性基團(tuán)的不同比例，制得多種類型的水分散型和水溶型聚氨酯。采用自乳化法制得的水性聚氨酯具有分散體粒徑小，成膜性、粘附性好、穩(wěn)定性高等物理性能，因而發(fā)展非常迅速，是目前制備水性聚氨酯的主要方法。
[0005]陳智(CN101717489B)使用異氰酸酯20-40、含羧基聚酯20-40、擴(kuò)鏈劑2_10、交聯(lián)劑1-3、中和劑3-10、環(huán)氧樹脂1-10、丙酮10-20，制備方法包括含羧基聚酯合成、備料、預(yù)聚物的合成、預(yù)聚物的中和、擴(kuò)鏈及乳化，得到了自乳化型水性聚氨酯。馬國章(CN102153984B)用聚酯多元醇、納米二氧化硅與二異氰酸酯反應(yīng)，生成-NCO端基的預(yù)聚體；添加親水?dāng)U鏈劑及多元醇單體進(jìn)一步反應(yīng)；然后以小分子二元醇擴(kuò)鏈；用三乙胺中和調(diào)節(jié)反應(yīng)液至pH值6-7，加入占聚酯多元醇重量5-40%的丙酮降低物料黏度，用去離子水分散成淡藍(lán)色半透明乳液；最后真空脫除溶劑丙酮，得到單組份高耐熱性水性聚氨酯膠粘劑。
[0006]但是現(xiàn)階段水性聚氨酯樹脂的強(qiáng)度不高、粘度與耐磨性也不夠好，同時凍融性也較差，因而在其應(yīng)用方面也受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法。
[0008]本發(fā)明是有以下技術(shù)手段實現(xiàn)的:
[0009]一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，按下述步驟進(jìn)行:[0010](I)在20-80°C下，將氨基型籠型倍半硅氧烷加入到異氰酸酯單體的丙酮溶液中，反應(yīng)至清亮；
[0011](2)向(I)所得產(chǎn)物中加入乙氧基封端聚合物二醇、二元醇、多元醇和催化劑二月桂酸二正丁基錫，預(yù)聚反應(yīng)過程中控制R值為1.50-3.00，60°C反應(yīng)l_2h后，升溫至70-90°C繼續(xù)反應(yīng)l_2h后降至室溫；上述R值指體系中總NCO基團(tuán)的摩爾數(shù)與體系中總OH基團(tuán)的摩爾數(shù)之比；
[0012](3)加水于室溫進(jìn)行分散；
[0013](4)于30_50°C加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)2_4h后，降至室溫，得到水性聚氨酯。
[0014]所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，步驟(I)所述的氨基型籠型倍半硅氧烷可以為以下T8、T10、T12或T14結(jié)構(gòu)中的任意一種:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，按下述步驟進(jìn)行: (1)在20-80°C下，將氨基型籠型倍半硅氧烷加入到異氰酸酯單體的丙酮溶液中，反應(yīng)至清亮； (2)向(I)所得產(chǎn)物中加入乙氧基封端聚合物二醇、二元醇、多元醇和催化劑二月桂酸二正丁基錫，預(yù)聚反應(yīng)過程中控制R值為1.50-3.00，60°C反應(yīng)l_2h后，升溫至70_90°C繼續(xù)反應(yīng)l_2h后降至室溫； (3)加水于室溫進(jìn)行分散； (4)于30-50°C加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)2-4h后，降至室溫，得到水性聚氨酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的氨基型籠型倍半硅氧烷為以下T8、T10、T12或T14結(jié)構(gòu)中的任意一種:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的異氰酸酯單體為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷_4，4- 二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、亞甲基-二環(huán)己基-4，4-二異氰酸酯或甲基環(huán)己基二異氰酸酯中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的乙氧基封端聚合物二醇為具有以下結(jié)構(gòu)(I)或結(jié)構(gòu)(II)中的一種:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的二元醇為聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚酯聚醚混合二元醇、聚氧化丙烯二醇、聚丁二烯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1，6-己二醇酯二醇、聚四氫氟喃二醇、聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、聚ε -己內(nèi)酯二醇或聚碳酸酯-1，6-己二醇酯二醇中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的多元醇為丙三醇、季戊四醇、三羥甲基丙烷或丙烯酸酯多元醇中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述的擴(kuò)鏈劑為乙二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、1，4- 丁二胺、1，6-己二胺或1，4-戊二胺中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好凍融穩(wěn)定性的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于，步驟(I)中加入氨基型籠型倍半硅氧烷、異氰酸酯單體以及丙酮的質(zhì)量比為1:1.58-2.52:6.82-10 ;步驟(2)中加入乙氧基封端聚合物二醇、二元醇、多元醇和催化劑二月桂酸二正丁基錫的質(zhì)量比為20.2-33.9:67.8-107.8:1.24-1,7:1 ;步驟(3)中加入擴(kuò)鏈劑與乙氧基封端聚合物二醇的質(zhì)量比為0.397-0.41:1。
【文檔編號】C08G18/67GK103467693SQ201310441353
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】程齊利 申請人:江蘇華夏制漆科技有限公司