一种磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液及其制备方法，在该磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液中，磺酸盐为含有氨基的聚合物，作为亲水基引入至聚氨酯结构，赋予聚氨酯可水分散特性；其制备方法是将多异氰酸酯、聚合物多元醇及催化剂按一定比例投入反应器中，在一定条件下反应至NCO含量不变，然后降低体系温度，加入小分子扩链剂、含有氨基的磺酸盐型聚合物、溶剂及催化剂，反应至预先设计NCO百分含量，加入去离子水分散乳化，最后减压蒸馏脱除溶剂，即得磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液。本发明制备的聚氨酯乳液存储稳定，固含量高，合成工艺简单，具有良好的耐热性和耐水解性能，可用于涂料、胶黏剂、合成革制品等行业。
【专利说明】一种磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水性聚氨酯分散体及其制备方法，特别涉及一种磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液及其制备方法，以及该磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液的应用。
【背景技术】
[0002]水性聚氨酯以水为分散介质，具有无毒、不燃、无污染等优点，并且继承聚氨酯材料诸多优良性能，在涂料、粘合剂、合成革等领域有着广泛的应用。目前国内外研究报道的制备水性聚氨酯分散体的方法，一般是通过亲水扩链剂在聚氨酯分子结构上引入亲水基团，亲水扩链剂主要有二羟甲基丙酸(DMPA)和乙二胺基乙磺酸钠(AAS盐)，还有通过磺酸盐型多元醇引入亲水基团。例如美国专利US5470907公开了一种以DMPA为亲水扩链剂的水性聚氨酯乳液的制备方法，但以DMPA作为羧酸盐型亲水扩链剂，反应时间长，生产效率不高；其中的中和剂胺类的挥发，造成PH的不稳定，以及羧基的催化水解作用，影响聚氨脂乳液贮存稳定性，而且由其得到的制品的耐水解性差；羧酸盐的亲水性相对较差，使用量大，较难合成高固含量的水性聚氨酯分散体，应用领域受到影响。而磺酸盐型亲水扩链剂的亲水性比羧酸盐高，用量低，可降低聚氨酯中亲水基含量，利于制备高固含量的水性聚氨酯，还可改善耐水解性。例如中国专利申请CN 101475678A公开了一种以乙二胺基乙磺酸钠(AAS)为主要亲水扩链剂的水性聚氨酯乳液的制备方法。AAS盐是目前较为主要的磺酸盐类产品，它为固含量50%的水溶液，但AAS盐的氨基与异氰酸酯基反应活性高，容易产生凝胶，生产控制难度大，而且由于大量水的存在，只能用在反应活性低的异氰酸酯体系中，应用受到很大限制，且伴随有大量副反应，产品品质得不到保证。美国专利US20060036054A1公开了一种磺酸盐官能聚酯多元醇的制备方法，可用在聚氨酯的软段上。磺酸盐型多元醇的磺酸基含量低，用量大，这种多元醇的反应活性不高，较高的用量还会造成体系相分离，影响聚合反应效率，通常还需搭配其他亲水扩链剂使用以提高聚氨酯分散体稳定性，故其应用受到很大的局限性。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是提供一种磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液及其制备方法和应用，其使用一种效果更好的磺酸盐型亲水性扩链剂，并通过配方的设计和催化剂的选择得到了固含量高、稳定性好的聚氨酯乳液，以解决现有技术中存在的上述缺陷。
[0004]本发明特别公开了一种磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液及其制备方法，在该磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液中，作为原料之一的磺酸盐为含有氨基的聚合物，氨基可跟聚氨酯反应，由于该磺酸盐有聚醚链段存在，其反应活性适中，容易控制，该磺酸盐作为亲水基引入至聚氨酯结构，赋予聚氨酯可水分散特性。而且该磺酸盐的结构中含有的聚醚链段可增加磺酸盐和聚氨酯预聚物的相容性，提高反应效率，有助于获得稳定性良好的产品。其制备方法是将多异氰酸酯、聚合物多元醇及催化剂按一定比例投入反应器中，在一定条件下反应至NCO含量不变，然后降低体系温度，加入小分子扩链剂、含有氨基的磺酸盐型聚合物、溶剂及催化剂，反应至预先设计NCO百分含量，加入去离子水分散乳化，最后减压蒸馏脱除溶剂，即得磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液。
[0005]本发明的技术方案如下:
本发明首先提供一种水性聚氨酯乳液，其制备原料包括亲水性扩链剂，所述亲水性扩链剂为含有双亲结构的氨基磺酸盐型低聚物，其聚醚链段提供亲油性，保证其与聚氨酯的良好相容性，磺酸盐提供亲水性，赋予其可水分散性，其结构通式如下:
【权利要求】
1.一种水性聚氨酯乳液，其制备原料包括亲水性扩链剂，其特征在于，所述亲水性扩链剂为含有双亲结构的氨基磺酸盐型低聚物，其结构通式如下:
2.一种磺酸盐型水性聚氨酯乳液，其特征在于，由包含如下重量份的组分制备而成: 二异氰酸酯15.5~35.5份， 聚合物多元醇50~75份， 催化剂0.05~0.3份， 非亲水性扩链剂0.2~2.0份， 亲水性扩链剂2.5~5.5份，其中， 所述的亲水性扩链剂为含有双亲结构的氨基磺酸盐型低聚物，其结构通式如下:
3.根据权利要求2所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述的二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、1，6_六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷4，4_二异氰酸酯、双环己基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘-1，5- 二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述的聚合物多元醇选自数均分子量600-4000的己二酸型聚酯多元醇、苯酐型聚酯多元醇、聚己内酯、聚碳酸酯、二聚酸聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚醚-酯多元醇、聚乳酸中的至少一种；其中，所述的聚酯多元醇合成原料中的小分子醇选自乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2, 2- 二乙基_1，3-丙二醇、2_甲基_2_ 丁基-1, 3-丙二醇、2_乙基_2_ 丁基-1, 3-丙_.醇、2-乙基-2-异丁基-1，3-丙二醇、1，3- 丁二醇、1，4- 丁二醇、1，5-戊二醇，3-甲基-1，5_戊二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇中的一种或几种；所述的聚醚多元醇选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述的催化剂选自有机秘类或有机锡类催化剂。
6.根据权利要求2所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述的非亲水性扩链剂选自乙二醇、丙二醇、I，3_丙二醇、2_甲基-1, 3_丙二醇、2, 2_ 二乙基-1, 3_丙二醇、2-甲基_2_ 丁基-1, 3-丙二醇、2-乙基_2_ 丁基-1, 3-丙二醇、2-乙基-2-异丁基_1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇，3-甲基-1，5-戊二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、1，4_环己烷二甲醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺中的至少一种。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述磺酸盐型水性聚氨酯乳液的固含量为45%-55%。
8.—种权利要求2-7中任一项所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在干燥惰性气体保护下，将脱除水份的聚合物多元醇，二异氰酸酯和部分催化剂加入到反应容器中，在搅拌条件下，反应温度80°C -100°C反应l_2h，得预聚反应体系； (2)降低上述预聚反应体系温度至60°C以下，加入丙酮降低粘度，然后加入非亲水性扩链剂和亲水性扩链剂、剩余催化剂，在搅拌条件下，控制温度在55°C~75°C下反应2-3h，得扩链反应体系； (3)降低上述扩链反应体系温度至50°C以下，加水进行高速乳化分散，得到聚氨酯乳液，减压蒸馏脱去溶剂，即得固含量为45-55%的磺酸盐型高固含量聚氨酯乳液。
9.一种权利要求2-7中任一项所述的磺酸盐型水性聚氨酯乳液在合成革及胶粘剂、涂料、木漆、服装中的应用。
【文档编号】C08G18/32GK103709363SQ201310732592
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】王焕, 蒋红梅, 唐劲松 申请人:上海华峰新材料研发科技有限公司