专利名称：一种具有高防静电性能的水性聚氨酯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚氨酯，尤其涉及一种水性聚氨酯，更具体是涉及一种可用作纺织涂层或片材且具有防静电性能的水性聚氨酯。本发明还涉及上述水性聚氨酯的制备方法。
背景技术：
随着集成电路的飞速发展和高分子材料的广泛应用，静电作为一种普遍的物理现象，其作用力、放电和感应现象引起的危害已逐步引起人们的重视，虽然现有的电子产品，生产厂家大多在设计上已采用了抗静电的保护电路，但是，与电子产品接触的工作人员所穿的化纤衣服、各种塑料包装材料的滑动、摩擦、或分离均会产生静电，特别是在空气干燥的季节里，将会产生600 - 15000V的静电电压，如果湿度为20%以下时，静电电压可高达30kV，对于那些对静电放电比较敏感的器件，即使有抗静电保护电路，也是非常危险的，因此，消除工作人员或包装材料带静电的问题显得十分必要。为了尽可能减少静电给电子产品带来的危害，通常的做法是对操作人员的工作服和手套等进行防静电涂层的处理，并采用防静电片材作为电子产品的包装材料或膜套、膜垫；由于丙烯酸树脂、聚氨酯等成膜性好，通常作为防静电涂层或片材的主要材料使用，现有的防静电纺织涂层和片材主要是采用溶剂型的丙烯酸树脂或聚氨酯，但随着人们环保意识的逐步提高，防静电纺织涂层和片材也开始采用水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯来代替溶剂型的丙烯酸树脂或聚氨酯 。水性丙烯酸树脂由于比较脆，柔韧性不够，而且产品仍含有V0C,因而不适应要求比较严格的产品；现有的水性聚氨酯大部分是进口，价格相对较高，而且这些水性聚氨酯是采用聚醚多元醇作为单体，其耐水性较差，且在较高温度下有回粘的现象出现；另外，现有的水性丙烯酸和水性聚氨酯的防静电性能也不太理想，作为防静电纺织涂层和片材使用时，还需添加少量的导电乳液。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合性能好、且具有高防静电性能的水性聚氨酯。本发明的另一个目的是提供一种上述具有高防静电性能水性聚氨酯的制备方法。为实现以上第一个目的，本发明的具有高防静电性能的水性聚氨酯，由包括如下重量配比的各组分聚合获得:
异佛尔酮二异氰酸酯8 - 15%
聚己内酯多元醇4 — 8%
葵二酸聚酯多元醇2 - 2.5%
三羟甲基丙烷0.4 — 0.6%
乙_■胺0.3 — 0.4%
双羟甲基丙酸2 — 3%
聚甲基硅氧烷0.5 — 0.8%丙酮20 - 25%
pH值调节剂1.5 — 2.5%
去尚子水35 -55%
上述各组分的重量配比之和为100%。由于环氧树脂具有硬度高、耐高温、化学稳定性优良等特点，而聚氨酯在这方面的性能相对较差，利用环氧树脂和聚氨酯在性能上的互补可大大提高聚氨酯的综合性能，因此，上述具有高防静电性能的水性聚氨酯还包括有2 - 2.5%的环氧树脂，该环氧树脂优选E44环氧树脂。为了使涂层或片材具有更好的透明度，上述具有高防静电性能的水性聚氨酯还添加有1、6乙二醇和1、4 丁二醇作为扩链剂，它们在配方中的重量配比为1、6乙二醇0.8 -1.5%、1、4丁二醇0.6 — 0.9%。为了增加呈粉状组分的溶解度，避免涂层或片材中出现微小的颗粒，上述具有高防静电性能的水性聚氨酯还包括有2 - 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。为了提高涂层或片材的拉伸率，同时也可增加涂层或片材的强度，上述聚己内酯多元醇优选分子量为2000的聚己内酯多元醇，葵二酸聚酯多元醇优选分子量为1000的葵
二酸聚酯多元醇。为了增加上述各组分的 匹配度，上述pH值调节剂优选三乙胺。本发明还提供了一种上述具有高防静电性能的水性聚氨酯的制备方法，该方法依次包括如下步骤:
(1)将计量的聚己内酯多元醇、葵二酸聚酯多元醇加入反应釜，升温到120±2°c脱水30分钟，然后降温到80±2°C，加入异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷，再升温到80-100。。，反应 3-4 小时；
(2)将步骤(I)的反应产物降温到70±2°C，加入计量的双羟甲基丙酸，升温到80-90°C，保温2小时，视粘度情况加入丙酮降粘；
(3)将步骤(2)的反应产物降温到60±2°C，加入计量的聚甲基硅氧烷及剩余的丙酮，在50-80°C反应3-5小时；
(4)将步骤(3)的反应产物降温至40±2°C，加入计量的pH值调节剂中和反应30分钟，移至高速分散机下，加入计量的去离子水、乙二胺，搅拌I小时，吸入脱溶釜，旋出丙酮，制得具有高防静电性能的水性聚氨酯树脂。为了更好提高本发明产品的综合性能，上述制备方法中，步骤(3)在聚甲基硅氧烷的同时，加入2 - 2.5%的环氧树脂。由于环氧树脂中的一OH在与一NCO反应时有较快的速度，容易使产品凝胶，因此，我们在多元醇与异氰酸酯反应一段时间后再加入，减缓了反应速率，但又可以实现接枝，使反应过程较为平缓。为了使涂层或片材具有更好的透明度，上述步骤(2)在加入双羟甲基丙酸的同时，加入 0.8 — 1.5% 的 1、6 乙二醇和 0.6 — 0.9%的 1、4 丁二醇。为了减少涂层或片材中出现微小的粉状颗粒，在步骤(3)中加入聚甲基硅氧烷的同时，加入2 — 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。本发明的具有高防静电性能的水性聚氨酯，通过选用长碳链结构的聚己内酯多元醇和葵二酸聚酯多元醇，配合一定量的聚甲基硅氧烷，在大大提高水性聚氨酯柔韧性和爽滑丝绸感、使其防静电性能得以大幅度增加的同时，也使得由该水性聚氨酯制得的涂层或片材，其耐水性、稳定性、耐老化性能等综合性能得到了显著提高，避免了高温回粘、低温爆裂现象的出现，而选用异佛尔酮二异氰酸酯，是利用其与羟基、胺等含活泼氢化合物反应时，反应活性比芳香族异氰酸酯低，蒸汽压也低，在保证操作安全的同时具有优异的耐热性和光稳定性。本发明水性聚氨酯的制备方法，工艺简单、操作方便、溶剂易于回收处理，在乳化之前便可制得高分子量的预聚体或聚氨酯树脂，所得乳液的膜性能更佳。本发明的水性聚氨酯特别适合作为纺织、手套、服装的防静电涂层和电子设备的包装片材使用。
具体实施例方式1、配方
异佛尔酮二异氰酸酯(iroi)is Kg
聚己内酯多元醇分子量20008 Kg
葵二酸聚酯多元醇分子量10003 Kg
三羟甲基丙烷(TMP)0.6 Kg
乙二胺(EA)0.5 Kg
1，6 己二醇(1，6HD0)1.5 Kg
1，4 丁二醇(1，4BD0)I Kg
双羟甲基丙酸(DMPA)3 Kg
聚甲基硅氧烷0.9 Kg 环氧树脂(E44)3 Kg
三乙胺(TEA)2.4 Kg
丙酮30 Kg
氮-甲基吡咯烷酮(NMP)3 Kg
去离子水61 Kg
2、制备
(1)按照上述配方的量，将聚酯多元醇加入反应釜升温到120°C脱水30分钟，然后降温到80。。，加入IPD1、TMP，再升温到80-100。。，反应3-4小时；
(2)将步骤(I)的产物降温到70。。，加入I,6HD0U, 4BD0、DMPA，升温到85°C保温2小时，视粘度情况加入丙酮降粘；
(3)将步骤(2)的产物降温到60°C，加入聚甲基硅氧烷、NMP、E44及剩余的丙酮，在65°C反应3-5小时；
(4)将步骤(3)的产物降温至40°C，加入三乙胺中和反应30分钟，产物移至高速分散机下，加入去离子水、EA，搅拌I小时，吸入脱溶釜，旋出丙酮，得到产品；
上述反应过程，反应釜的搅拌速度控制在50 - 80转/分，步骤(2)中，视粘度情况加入丙酮降粘，是指当搅拌速度变慢时，适当加入丙酮降粘。上述产品为清澈透明的蓝光乳液，固含量35%，PH值为7-9，胶体电荷为阴离子。3、性能比较
(I)涂膜下表是采用本发明的水性聚氨酯与采用现有的普通水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂制成涂膜后各项性能的比较:
权利要求
1.一种具有高防静电性能的水性聚氨酯，由包括如下重量配比的各组分聚合获得: 异佛尔酮二异氰酸酯8 - 15% 聚己内酯多元醇4 — 8% 葵二酸聚酯多元醇2 - 2.5% 三羟甲基丙烷0.4 — 0.6% 乙二胺0.3 — 0.4% 双羟甲基丙酸2 — 3% 聚甲基硅氧烷0.5 — 0.8%丙酮20 - 25% pH值调节剂1.5 — 2.5%去尚子水35 -55% 上述各组分的重量配比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的具有高防静电性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述具有高防静电性能的水性聚氨酯还包括有2 - 2.5%的环氧树脂，该环氧树脂为E44环氧树脂。
3.根据权利要求1或2所述的具有高防静电性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述具有高防静电性能的水性聚氨酯还添加有1、6乙二醇和1、4 丁二醇，它们在配方中的重量配比为 1、6 乙二醇 0.8 — 1.5%、1、4丁二醇0.6 — 0.9%。
4.根据权利要求3所述的具有高防静电性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述具有高防静电性能的水性聚氨酯还包括有2 - 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求4所述的具有高防静电性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述聚己内酯多元醇为分子量为2000的聚己内酯多元醇，葵二酸聚酯多元醇为分子量为1000的葵二酸聚酯多元醇。
6.根据权利要求4所述的具有高防静电性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述pH值调节剂为三乙胺。
7.—种权利要求1所述具有高防静电性能的水性聚氨酯的制备方法，该方法依次包括如下步骤: (O将计量的聚己内酯多元醇、葵二酸聚酯多元醇加入反应釜，升温到120±2°C脱水30分钟，然后降温到80±2°C，加入异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷，再升温到80-100。。，反应 3-4 小时； (2)将步骤(I)的反应产物降温到70±2°C，加入计量的双羟甲基丙酸，升温到80-90°C，保温2小时，视粘度情况加入丙酮降粘； (3)将步骤(2)的反应产物降温到60±2°C，加入计量的聚甲基硅氧烷及剩余的丙酮，在50-80°C反应3-5小时； (4)将步骤(3)的反应产物降温至40±2°C，加入计量的pH值调节剂中和反应30分钟，移至高速分散机下，加入计量的去离子水、乙二胺，搅拌I小时，吸入脱溶釜，旋出丙酮，制得具有高防静电性能的水性聚氨酯树脂。
8.根据权利要求7所述具有高防静电性能的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于:所述制备方法中，步骤(3)在聚甲基硅氧烷的同时，加入2 — 2.5%的环氧树脂。
9.根据权利要求8所述具有高防静电性能的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于:所述制备方法中，步骤(2)在加入双羟甲基丙酸的同时，加入0.8 - 1.5%的1、6乙二醇和`0.6 - 0.9%的 1、4 丁二醇。
10.根据权利要求8所述具有高防静电性能的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于:所述制备方法中，步骤(3)中加入`聚甲基硅氧烷的同时，加入2 - 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。
全文摘要
本发明提供了一种综合性能好、且具有高防静电性能的水性聚氨酯，该水性聚氨酯是由包括8－15%异佛尔酮二异氰酸酯、4－8%聚己内酯多元醇、2－2.5%葵二酸聚酯多元醇、0.4－0.6%三羟甲基丙烷、0.3－0.4%乙二胺、2－3%双羟甲基丙酸、0.5－0.8%聚甲基硅氧烷、20－25%丙酮、1.5－2.5%pH值调节剂和35-55%的去离子水聚合而得。本发明的具有高防静电性能的水性聚氨酯，不仅具有优越的防静电性能，而且其耐水性、耐热性、耐溶剂性、稳定性、耐老化性能等综合性能均得到了显著的提高，是一种理想的永久防静电环保型水性涂料，特别适合于作为纺织、手套、服装的防静电涂层和电子设备的包装片材使用。本发明还提供了一种上述水性聚氨酯的制备方法。
文档编号C08G18/75GK103145943SQ20131006866
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者田慧, 王俊博 申请人:汕头市龙湖昌丰化工有限公司