专利名称：一种天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子化学领域，特别涉及一种天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法。
背景技术：
随着人类生活质量的提高，环保法规也越来越严格，各种环保条例对挥发性有机 化合物(VOC)的排放量、有害溶剂的含量都有严格限制。水性聚氨酯以水为分散介质，具有 低毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点，因此近年来水性聚氨酯在涂料、胶粘 齐U、织物整理、皮革、合成革涂饰及油墨等领域获得了广泛的应用。但相对于溶剂型聚氨酯 来说，水性聚氨酯由于在分子结构中引入了羧基、羟基等亲水基团，往往存在耐水、耐溶剂 性及力学性能较差的缺点。交联改性是通过化学键的形式将线型的聚氨酯大分子链接在一起，形成具有网状结构的聚氨酯树脂，是将热塑性的聚氨酯树脂转变为热固型树脂比较有效的一种途径。交 联后的水性聚氨酯涂膜可表现出良好的耐水、耐溶剂性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有水性聚氨酯耐水、耐溶剂性及力学性能较差的缺点， 提供了一种成本低廉，工艺简单，环境友好的天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制 备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)首先将聚二醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚二醇熔融后，再将二 异氰酸酯加入到反应器中在70-90°C进行聚合反应，其中二异氰酸酯与聚二醇的物质的量 之比为2-4 1，反应时间为l_5h;2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应器反应l_4h，其中1，4-丁二醇与聚二醇的物质 的量之比为0. 3-1. 2:1;3)再往反应器中加入天然多羟基化合物和亲水扩链剂在60-80°C反应2_5h，其中 二异氰酸酯与天然多羟基化合物的物质的量之比为8-35 1，二异氰酸酯与亲水扩链剂的 物质的量之比为2.5-5 1 ；4)降温至15 35°C，加入有机碱调节反应体系pH值为7_8，高速搅拌下加入温度 为0 40°C的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。本发明的聚二醇为聚醚二元醇或聚酯二元醇，且聚醚二元醇和聚酯二元醇数均相 对分子质量分别为1000或2000，聚醚二元醇为聚氧化丙烯二醇或聚四氢呋喃醚二元醇；聚 酯二元醇为聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯二元醇；二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二 苯基甲烷二异氰酸酯；天然多羟基化合物为蔗糖、葡萄糖、木糖醇或山梨醇；
亲水扩链剂有磺酸盐型和羧酸盐型两类，磺酸盐型扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠、1,4- 丁二醇-2-磺酸钠或1，2- 二羟基-3-丙磺酸钠；羧酸盐型扩链剂为二羟甲基丙酸或 二羟甲基丁酸；有机碱为三甲胺、三乙胺或三乙醇胺。本发明利用天然材料对水性聚氨酯进行改性，可得到综合性能优异的完全环保型 聚氨酯材料。利用天然多羟基化合物与聚氨酯反应时可以将羟基引入聚氨酯主链，使之形 成复杂的交联网状结构，所制得的水性聚氨酯将保持环境友好材料的特性，且可改善传统 水性聚氨酯室温固化速度慢，耐水性差，初粘力低等缺点。而且整个制备工艺中不需要添 加有害溶剂，这样既消除了对环境和操作人员的污染和损害，也提高了产品的应用效果；同 时，可以通过调节二异氰酸酯和聚二醇的种类和相对分子质量得到预期的产品。
具体实施例方式实施例1，1)首先将聚己内酯二元醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚己内酯二元 醇熔融后，再将异佛尔酮二异氰酸酯加入到反应器中在70°C进行聚合反应，其中异佛尔酮 二异氰酸酯与聚己内酯二元醇的物质的量之比为2 1，反应时间为5h;2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应器反应2h，其中1，4-丁二醇与聚己内酯二元醇 的物质的量之比为0.3 1 ；3)再往反应器中加入蔗糖和亲水扩链剂二羟甲基丙酸在60°C反应5h，其中异佛 尔酮二异氰酸酯与蔗糖的物质的量之比为25 1，异佛尔酮二异氰酸酯与二羟甲基丙酸的 物质的量之比为4. 4 1 ；4)降温至15°C，加入三乙胺调节反应体系pH值为7，高速搅拌下加入温度为10°C 的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。实施例2，1)首先将聚四氢呋喃醚二元醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚四氢呋 喃醚二元醇熔融后，再将六亚甲基二异氰酸酯加入到反应器中在90°C进行聚合反应，其中 六亚甲基二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二元醇的物质的量之比为4 1，反应时间为Ih;2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应器反应3h，其中1，4-丁二醇与聚四氢呋喃醚二 元醇的物质的量之比为1.2 1 ；3)再往反应器中加入葡萄糖和亲水扩链剂二羟甲基丁酸在70°C反应3. 5h，其中 六亚甲基二异氰酸酯与葡萄糖的物质的量之比为35 1，六亚甲基二异氰酸酯与二羟甲基 丁酸的物质的量之比为2. 5 1 ；4)降温至30°C，加入三甲胺调节反应体系pH值为7. 5，高速搅拌下加入温度为 o°c的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。实施例3，1)首先将聚氧化丙烯二醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚氧化丙烯二 醇熔融后，再将甲苯二异氰酸酯加入到反应器中在80°C进行聚合反应，其中甲苯二异氰酸 酯与聚氧化丙烯二醇的物质的量之比为3 1，反应时间为3h;2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应器反应lh，其中1，4_ 丁二醇与聚氧化丙烯二醇的物质的量之比为0.7 1 ；3)再往反应器中加入木糖醇和亲水扩链剂乙二胺基乙磺酸钠在65°C反应4h，其中甲苯二异氰酸酯与木糖醇的物质的量之比为30 1，甲苯二异氰酸酯与乙二胺基乙磺酸 钠的物质的量之比为3. 9 1 ；4)降温至25°C，加入三乙醇胺调节反应体系pH值为7. 5，高速搅拌下加入温度为 40°C的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。实施例4，1)首先将聚碳酸酯二元醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚碳酸酯二元 醇熔融后，再将二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中在85°C进行聚合反应，其中二苯基 甲烷二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇的物质的量之比为2. 7 1，反应时间为2.5h;2)将扩链剂1，4_ 丁二醇加入反应器反应3h，其中1，4_ 丁二醇与聚碳酸酯二元醇 的物质的量之比为0.45 1 ；3)再往反应器中加入山梨醇和亲水扩链剂1，4_ 丁二醇-2-磺酸钠在75V反应 2h，其中二苯基甲烷二异氰酸酯与山梨醇的物质的量之比为21 1，二苯基甲烷二异氰酸 酯与1，4_ 丁二醇-2-磺酸钠的物质的量之比为5 1 ；4)降温至18°C，加入三乙胺调节反应体系pH值为7. 8，高速搅拌下加入温度为 22°C的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。实施例5，1)首先将聚己二酸丁二醇酯二元醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚己 二酸丁二醇酯二元醇熔融后，再将异佛尔酮二异氰酸酯加入到反应器中在78°C进行聚合反 应，其中异佛尔酮二异氰酸酯与聚己二酸丁二醇酯二元醇的物质的量之比为3. 2 1，反应 时间为4h ；2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应器反应4h，其中1，4-丁二醇与聚己二酸丁二醇 酯二元醇的物质的量之比为0.9 1 ；3)再往反应器中加入蔗糖和亲水扩链剂1，2_ 二羟基-3-丙磺酸钠在80°C反应 5h，其中异佛尔酮二异氰酸酯与蔗糖的物质的量之比为8 1，异佛尔酮二异氰酸酯与1， 2-二羟基-3-丙磺酸钠的物质的量之比为3. 7 1 ；4)降温至35°C，加入三甲胺和三乙胺调节反应体系pH值为8，高速搅拌下加入温 度为30°C的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。
权利要求
天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于1)首先将聚二醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚二醇熔融后，再将二异氰酸酯加入到反应器中在70-90℃进行聚合反应，其中二异氰酸酯与聚二醇的物质的量之比为2-4∶1，反应时间为1-5h；2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应器反应1-4h，其中1，4-丁二醇与聚二醇的物质的量之比为0.3-1.2∶1；3)再往反应器中加入天然多羟基化合物和亲水扩链剂在60-80℃反应2-5h，其中二异氰酸酯与天然多羟基化合物的物质的量之比为8-35∶1，二异氰酸酯与亲水扩链剂的物质的量之比为2.5-5∶1；4)降温至15～35℃，加入有机碱调节反应体系pH值为7-8，高速搅拌下加入温度为0～40℃的去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。
2.根据权利要求1所述的天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征 在于所述的聚二醇为聚醚二元醇或聚酯二元醇，且聚醚二元醇和聚酯二元醇数均相对分 子质量分别为1000或2000，聚醚二元醇为聚氧化丙烯二醇或聚四氢呋喃醚二元醇；聚酯二 元醇为聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯二元醇。
3.根据权利要求1所述的天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征 在于所述的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或 二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征 在于所述的天然多羟基化合物为蔗糖、葡萄糖、木糖醇或山梨醇。
5.根据权利要求1所述的天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征 在于所述的亲水扩链剂有磺酸盐型和羧酸盐型两类，磺酸盐型扩链剂为乙二胺基乙磺酸 钠、1，4- 丁二醇-2-磺酸钠或1，2- 二羟基-3-丙磺酸钠；羧酸盐型扩链剂为二羟甲基丙酸 或二羟甲基丁酸。
6.根据权利要求1所述的天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征 在于所述的有机碱为三甲胺、三乙胺或三乙醇胺。
全文摘要
一种天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法，首先将聚二醇加入到干燥反应器中，加热使反应器中的聚二醇熔融后，再将二异氰酸酯加入到反应器中进行聚合反应；将扩链剂加入反应器，制备出一种聚氨酯预聚体；再加入天然多羟基化合物和亲水扩链剂进行反应一段时间后，降温，加入有机碱调节反应体系pH值；高速搅拌下加入去离子水，即获得了天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液。本发明采用天然多羟基化合物改性水性聚氨酯，产品既具有良好的综合性能，又具有环境友好、无毒、无害、运输安全等特点，属环保型聚氨酯产品。天然多羟基化合物改性水性聚氨酯可以克服传统水性聚氨酯室温固化速度慢，耐水性差等缺点。
文档编号C08G18/32GK101845133SQ201010137638
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者杨燕, 沈一丁, 王磊, 赖小娟, 赵静 申请人:陕西科技大学