专利名称：无溶剂法制备水性聚氨酯的方法
技术领域：
本发明涉及一种水性聚氨酯的制备方法，特别是一种无溶剂法制备水性聚氨酯的方法。
背景技术：
聚氨酯(PU)是聚氨基甲酸酯(Polyurethane)的简称，它是一类用途十分广泛的合成材料。随着制备时选择不同数目的官能团数和不同类型的官能基团，采用不同的合成工艺，能制备出性能各异、表观形式各种各样的聚氨酯产品。同时它还具有软硬度等性能调节范围广，耐低温，柔韧性好，附着力强等优点。传统聚氨酯以溶剂型为主，而有机溶剂易燃易爆、易挥发、气味大、使用时造成空气污染，或多或少具有毒性。60年代末以来，随着各发达国家环保意识的增强和环保法规的确立，传统溶剂型涂料中的挥发性有机化合物(VOC)的排放愈来愈受到限制。因此，以水为分散介质的水性聚氨酯也就应运而生，并得到快速的发展。水性聚氨酯(WPU)是以水为介质的聚氨酯分散体系，具有无毒、不燃、不污染环境、节能、安全、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点，广泛用作皮革涂饰剂、纺织助剂、造纸工业助剂、涂料和粘合剂等方面，而且还在不断扩大其应用领域。当前制备水性聚氨酯主要有丙酮法、预聚体直接分散法、熔融分散法、酮亚胺法和酮丫嗪法(Ketimine和Ketamine)等，上述这些方法在合成过程中或多或少都使用了有机溶剂，有的在后期脱除，有的仍残留在最终产品中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无溶剂法制备水性聚氨酯的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种无溶剂法制备水性聚氨酯的方法，其特征在于该方法包括以下步骤a)将20～50％的多异氰酸酯、5～8％的二羟甲基丙酸以及42～75％的多元醇，按重量百分比混合，在60～110℃下搅拌反应2～4小时，得到含端异氰酸酯基团的预聚物；b)将步骤a得到预聚物冷却至20～40℃，在剧烈搅拌下，将溶有三乙胺和多元胺扩链剂的水溶液，按水溶液∶预聚物＝4～2∶1的重量比，将水溶液加入到所述的预聚物中，然后升温至60～70℃反应1～2小时，扩链分散得到水性聚氨酯；其中多元胺扩链剂的用量为预聚物重量的1～3％，三乙胺的用量预聚物重量3～5％。
上述的多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、或六次甲基二异氰酸酯HDI、或甲苯二异氰酸酯TDI；上述的多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新以二醇、1，3-丁二醇、乙二醇中的任一种或两种以上的混合物；上述的多元胺扩链剂为乙二胺或二乙烯三胺。
与现有技术相比，本发明方法具有以下突出的实质性特点和显著优点本发明方法完全没有使用有机溶剂，因而充分体现了水性聚氨酯无毒、不燃、不污染环境、节能、安全、不易损伤被涂饰表面等优点，而且操作简单，成本低，产品性能优异，适宜大规模生产。
具体的实施方式实施例一在装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌的四口瓶中加入30.4g的聚酯二元醇和3g二羟甲基丙酸，加热至110℃，在该温度下真空脱水30分钟后冷却至80℃，加入16.6gIPDI在60℃下反应4个小时。随后，降温至20℃，高速搅拌下加入溶有2.24g三乙胺和1.12g乙二胺的去离子水112ml，然后升温至60℃反应1小时。得到固含量为30％的聚氨酯分散体系。
经涂膜干燥后测得其断裂强度为22.54MPa，断裂伸长率为453.0％实施例二在装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌的四口瓶中加入27.12g聚酯二元醇、6.78g聚醚二元醇和3g二羟甲基丙酸，加热至110℃，在该温度下真空脱水30分钟后冷却至80℃，加入13.1gIPDI在110℃下反应4小时。随后，降温至40℃，在高速搅拌下加入溶有2.26g三乙胺和0.824g二乙烯三胺的去离子水134ml，然后升温至60℃反应1小时。得到固含量为25％的聚氨酯分散体系。
经涂膜干燥后测得其断裂强度为16.82MPa，断裂伸长率为574.9％。
实施例三在装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌的四口瓶中加入23.12g聚酯二元醇、6.78g聚醚二元醇、0.18g 1，4丁二醇和3g二羟甲基丙酸，加热至110℃，在该温度下真空脱水30分钟后冷却至80℃，加入16.5g IPDI，110℃下反应4小时。随后，降温至40℃，在高速搅拌下加入溶有2.26g三乙胺和0.824g二乙烯三胺的去离子水1361，然后升温至60℃反应1小时。得到固含量为25％的聚氨酯分散体系。经涂膜干燥后测得其断裂强度为19.25a，断裂伸长率为549.9％。
权利要求
1.一种无溶剂法制备水性聚氨酯的方法，其特征在于该方法包括以下步骤a、将20～50％的多异氰酸酯、5～8％的二羟甲基丙酸以及42～75％的多元醇，按重量百分比混合，在60～110℃下搅拌反应2～4小时，得到含端异氰酸酯基团的预聚物；b、将步骤a得到预聚物冷却至20～40℃，在剧烈搅拌下，将溶有三乙胺和多元胺扩链剂的水溶液，按水溶液∶预聚物＝4～2∶1的重量比，将水溶液加入到所述的预聚物中，然后升温至60～70℃反应1～2小时，扩链分散得到水性聚氨酯；其中多元胺扩链剂的用量为预聚物重量的1～3％，三乙胺的用量预聚物重量3～5％。
2.根据权利要求1所述的无溶剂法制备水性聚氨酯的方法，其特征在于，上述的多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、或六次甲基二异氰酸酯HDI、或甲苯二异氰酸酯TDI；上述的多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新以二醇、1，3-丁二醇、乙二醇中的任一种或两种以上的混合物；上述的多元胺扩链剂为乙二胺或二乙烯三胺。
全文摘要
本发明涉及一种无溶剂法制备水性聚氨酯的方法。该方法的具体步骤为多异氰酸酯与多元醇以1.2～2∶1(摩尔比)的比例在下60～110℃反应2～4小时制备含端异氰酸酯基团的齐聚物。冷却至室温，以水∶预聚物＝4～2∶1的比例剧烈搅拌下加入溶有适量三乙胺和扩链剂(乙二胺或二乙烯三胺)的水溶液，扩链分散得到固含量为20～30％的水性聚氨酯。本发明方法完全没有使用有机溶剂，因而充分体现了水性聚氨酯无毒、不燃、不污染环境、节能、安全、不易损伤被涂饰表面等优点，而且操作简单，成本低，产品性能优异，适宜大规模生产。
文档编号C08G18/34GK1869091SQ20061002815
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者薛亮, 胡和丰, 龚德昌 申请人:上海大学