本发明属于材料领域，具体涉及一种有机硅改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。
背景技术：
：随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，食品、烟草、医药、化妆品、办公消费品汽车内饰件、家装行业等不仅注重材料外表的美观，施工简便，而且对实用性也提出了更高的要求。PVC、PET、PP、PC等应用材料，特别是含有大量增塑剂的PVC，对温度的敏感性大，一旦加工温度偏高则会造成材料的变形、脱落或者起泡。实际使用中，厂家希望胶粘剂的激活温度越低越好，另一方面也是节能的需要。另外，被粘物粘接后制成的成品，要求耐温性越高越好，比如太阳暴晒下的汽车内部可以达到80℃，真空吸塑的汽车内饰件不能脱胶，这就要求吸塑胶耐温要在90℃以上。目前，在材料加工复合过程中，主要采用聚氨酯胶粘剂，用量最大的是溶剂型聚氨酯胶粘剂，它存在的问题是大量溶剂挥发不仅造成环境污染，而且还会影响人类的安全。目前欧美发达国家已经制定了相关的法规，加大对溶剂型胶粘剂的管理力度，如美国的食品和药品监督管理局(FDA)、欧盟的EU90/128以及我国《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》(GB/T10004-2008)等都严格规定，食品包装材料在生产中不得使用苯和甲苯溶剂，溶剂残留总量≤5mg/m2。随着人们环保和安全意识的不断增强，复合材料绿色化、环保型必将越来越受到重视。所以，水性聚氨酯真空吸塑胶的低活化温度和高耐温性能这一对矛盾急需解决。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机硅改性水性聚氨酯乳液。为实现以上目的，本发明的技术方案为：有机硅改性水性聚氨酯乳液，按质量份包括以下组分：多元醇25-30份、二异氰酸酯6-12份、醇类扩链剂1-4份、有机锡类催化剂0.01-0.05份、亲水扩链剂1-2份、有机硅0.05-0.1份和去离子水55-60份。进一步，所述多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇或二者的组合物。进一步，所述聚酯多元醇为己二酸型聚酯多元醇、聚己内酯多元醇和聚碳酸酯多元醇中的一种或多种。进一步，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的1-2种。进一步，所述醇类扩链剂为二乙二醇、1,6-己二醇和1,4-丁二醇中的一种或多种。进一步，所述亲水扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠。进一步，所述有机硅为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)或N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)。进一步，所述有机锡类催化剂为二月桂酸有机锡。本发明的目的之二在于保护所述有机硅改性水性聚氨酯乳液的制备方法，具体包括如下步骤：S1：将多元醇在110-130℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的多元醇降温至70-75℃，加入二异氰酸酯反应1-1.5h，期间加入相当于多元醇质量2-3倍的丙酮调节黏度：S2：然后加入醇类扩链剂和有机铋类和/或有机锡类催化剂，于75-80℃保温反应4.5-5h，再降温至35-45℃，加入有机硅、亲水扩链剂保温反应10-15min，得到离聚物：S3：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得所述有机硅改性水性聚氨酯乳液。本发明的目的还在于保护所述有机硅改性水性聚氨酯乳液在面料复合及3D家具免漆吸塑胶中的应用。具有以下优势：使用温度低，粘接强度高，柔软性好，耐高温性能好，耐水解性能好。本发明的有益效果在于：本申请的有机硅改性水性聚氨酯乳液很好地解决了低活化温度和高耐温性能这一对矛盾，具有现实研究和实际应用意义，可以应用于一些使用温度低，粘接强度高，尤其是耐高温性能好的领域，如3D家具免漆吸塑胶及面料复合等行业。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。实施例1S1：称取聚己二酸丁二醇多元醇(CMA-44)24g、聚丙二醇(PPG)1g、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)2.6g、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)3.4g、二乙二醇(DEG)1.75g、二月桂酸有机锡(T12)0.01g、乙二胺基磺酸钠1.3g、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)0.07g和去离子水58g；S2：将聚己二酸丁二醇多元醇和聚丙二醇在110℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚己二酸丁二醇多元醇和聚丙二醇降温至75℃，加入1,6-六亚甲基二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯反应1.5h，期间加入相当于聚己二酸丁二醇多元醇和聚丙二醇总质量2倍的丙酮调节黏度；S3：然后加入二乙二醇和二月桂酸有机锡，于75℃保温反应5h，再降温至35℃，加入N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙二胺基磺酸钠保温反应15min，得到离聚物；S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。本实施例制得的有机硅改性水性聚氨酯乳液的活化温度、耐温性、耐水解性、吸塑耐温性测试结果如表1所示，面料复合耐温性测试结果如表2所示。活化温度测试方法为：按照GB/T2791-1995标准进行制样，以密度板和PVC膜作为基材，胶液喷涂于密度板上进行单面上胶的方式，室温下晾干，再与PVC膜贴合，在KT520-01T气动热压机上进行热压粘接，模压压力为0.3MPa，时间60s，模压温度可调，热压后用手逆向(180°剥离)扯PVC膜，密度板与PVC膜完全粘合并造成密度板表层木屑被撕破视为胶层活化，此时的模压温度即为活化温度。耐温性测试方法为：按照GB/T2791-1995标准进行制样，以密度板和PVC膜作为基材，胶液喷涂于密度板上进行单面上胶，室温下晾干，再与PVC膜贴合，在KT520-01T气动热压机上进行热压粘接，模压压力为0.3MPa，时间60s，模压温度设定为53℃热压后，将粘接好的基材在80℃条件下预热20min，挂1Kg钩码进行测试，采用180°剥离方式。耐水解性测试方法为：取一定质量的乳液，置于干燥洁净的玻璃瓶中，密封后放进60℃的水浴锅中，放置6天6夜后，观察乳液结皮及沉淀情况并测试耐温性(测试方法同上)。吸塑耐温测试方法为：以免漆3D家具和PVC膜作为基材，胶液喷涂于免漆3D家具上进行单面上胶的方式，室温下晾干，再与PVC膜真空吸塑贴合，温度180℃，真空度-0.08～-0.09MPa，预热时间：30s，出台时间180s，保压时间200s。吸塑完成后，将吸塑样品放于烘箱中进行烘烤，在50、60、65、70、75℃条件下，分别连续烘烤3h后观测吸塑样件侧边有无缩边、正面有无爆口现象。面料复合耐温测试方法为：以帆布条作为基材，胶液分别刷涂于两块帆布条上进行上面上胶，室温下晾干，将两块帆布条进行面面贴合，在KT520-01T气动热压机上进行热压粘接，模压压力为0.3MPa，时间90s，模压温度设定为53℃热压后，将粘接好的基材在80℃条件下预热20min，然后采用180°剥离方式，挂1Kg钩码在不同温度条件下剥离30min，结束后，测量布条之间剥离开的距离。实施例2S1：称取聚四氢呋喃多元醇(PTMG)30g、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)12g、1,4-丁二醇(BDO)0.5g、二乙二醇(DEG)0.5g、二月桂酸有机锡(T12)0.05g、乙二胺基磺酸钠1.0g、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)0.05g和去离子水55g；S2：将聚四氢呋喃多元醇在130℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚四氢呋喃多元醇降温至70℃，加入异氟尔酮二异氰酸酯反应1h，期间加入相当于聚四氢呋喃多元醇质量3倍的丙酮调节黏度；S3：然后加入1,4-丁二醇、二乙二醇和二月桂酸有机锡，于80℃保温反应4.5h，再降温至45℃，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙二胺基磺酸钠保温反应10min，得到离聚物；S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。实施例3S1：称取聚己二酸丁二醇多元醇(CMA-44)26g、聚己二酸己二醇多元醇(4020D)3.8g、甲苯二异氰酸酯3.8g、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)5.1g、二乙二醇(DEG)2.03g、二月桂酸有机锡(T12)0.01g、乙二胺基磺酸钠1.5g、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)0.1g和去离子水57g；S2：将聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇在120℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇降温至72℃，加入甲苯二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯反应1.5h，期间加入相当于聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇总质量2.5倍的丙酮调节黏度；S3：然后加入二乙二醇和二月桂酸有机锡，于78℃保温反应5h，再降温至40℃，加入N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙二胺基磺酸钠保温反应12min，得到离聚物；S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。本实施例制得的有机硅改性水性聚氨酯乳液的活化温度、耐温性、耐水解性、吸塑耐温性测试结果如表1所示，面料复合耐温性测试结果如表2所示。测试方法与实施例1相同。实施例4S1：称取聚四氢呋喃多元醇(PTMG)19g、聚丙二醇(PPG)4g、聚己内酯多元醇(PCL)4g、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)7.8g、1,4-丁二醇(BDO)2g、二乙二醇(DEG)2g、二月桂酸有机锡(T12)0.03g、乙二胺基磺酸钠1.43g、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)0.08g和去离子水56g；S2：将聚四氢呋喃多元醇和聚丙二醇在116℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚四氢呋喃多元醇和聚丙二醇降温至74℃，加入1,6-六亚甲基二异氰酸酯反应1h，期间加入相当于聚四氢呋喃多元醇和聚丙二醇总质量2.2倍的丙酮调节黏度；S3：然后加入1,4-丁二醇、二乙二醇和二月桂酸有机锡，于76℃保温反应5h，再降温至38℃，加入N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙二胺基磺酸钠保温反应13min，得到离聚物；S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。实施例5S1：称取聚己二酸丁二醇多元醇(CMA-44)12.8g、聚己二酸己二醇多元醇(4020D)12.8g、甲苯二异氰酸酯5.2g、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)6.6g、二乙二醇(DEG)3.5g、二月桂酸有机锡(T12)0.01g、乙二胺基磺酸钠1.7g、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)0.06g和去离子水57g；S2：将聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇在115℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇降温至75℃，加入甲苯二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯反应1h，期间加入相当于聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇总质量2.8倍的丙酮调节黏度：S3：然后加入二乙二醇和二月桂酸有机锡，于75℃保温反应4.5h，再降温至45℃，加入N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙二胺基磺酸钠保温反应10min，得到离聚物：S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。本实施例制得的有机硅改性水性聚氨酯乳液的活化温度、耐温性、耐水解性、吸塑耐温测试结果如表1所示，面料复合耐温性测试结果如表2所示。测试方法与实施例1相同。实施例6S1：称取聚四氢呋喃多元醇(PTMG)22.5g、聚丙二醇(PPG)3g、聚碳酸酯多元醇(PCDL)3g、甲苯二异氰酸酯10.9g、1,4-丁二醇(BDO)1.3g、1,6-己二醇(HDO)1.3g、二乙二醇(DEG)1.3g、二月桂酸有机锡(T12)0.02g、乙二胺基磺酸钠2g、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)0.09g和去离子水60g；S2：将聚四氢呋喃多元醇和聚丙二醇在118℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚四氢呋喃多元醇和聚丙二醇降温至75℃，加入甲苯二异氰酸酯反应1.5h，期间加入相当于聚四氢呋喃多元醇和聚丙二醇总质量2倍的丙酮调节黏度：S3：然后加入1,4-丁二醇、1,6-己二醇、二乙二醇和二月硅酸有机锡，于75℃保温反应5h，再降温至42℃，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙二胺基磺酸钠保温反应15min，得到离聚物：S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。对比例1S1：称取聚己二酸丁二醇多元醇(CMA-44)24.3g、聚四氢呋喃多元醇(PTMG)2.1g、甲苯二异氰酸酯4.5g、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)5.7g、二乙二醇(DEG)2.8g、二月桂酸有机锡(T12)0.01g、乙二胺基磺酸钠1.25g和去离子水59g；S2：将聚己二酸丁二醇多元醇和聚四氢呋喃多元醇在122℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚己二酸丁二醇多元醇和聚四氢呋喃多元醇降温至70℃，加入甲苯二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯反应1h，期间加入相当于聚己二酸丁二醇多元醇和聚四氢呋喃多元醇总质量2.5倍的丙酮调节黏度：S3：然后加入二乙二醇和二月桂酸有机锡，于79℃保温反应4.5h，再降温至37℃，加入乙二胺基磺酸钠保温反应10min，得到离聚物：S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。本实施例制得的有机硅改性水性聚氨酯乳液的活化温度、耐温性、耐水解性、吸塑耐温测试结果如表1所示，面料复合耐温性测试结果如表2所示。测试方法与实施例1相同。对比例2S1：称取聚己二酸丁二醇多元醇(CMA-44)19g、聚己二酸己二醇多元醇(4020D)6.4g、甲苯二异氰酸酯5.2g、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)6.6g、二乙二醇(DEG)3.4g、二月桂酸有机锡(T12)0.01g、乙二胺基磺酸钠1.8g和去离子水57g；S2：将聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇在120℃真空脱水，在干燥惰性气体保护下，将脱水的聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇降温至72℃，加入二异氰酸酯反应1.5h，期间加入相当于聚己二酸丁二醇多元醇和聚己二酸己二醇多元醇总质量2倍的丙酮调节黏度：S3：然后加入二乙二醇和二月桂酸有机锡，于76℃保温反应5h，再降温至35℃，加入乙二胺基磺酸钠保温反应15min，得到离聚物：S4：再加去离子水乳化，并匀速搅拌，脱除丙酮，即得有机硅改性水性聚氨酯乳液。本实施例制得的有机硅改性水性聚氨酯乳液的活化温度、耐温性、耐水解性、吸塑耐温测试结果如表1所示，面料复合耐温性测试结果如表2所示。测试方法与实施例1相同。表1活化温度/℃耐温性s/cm耐水解性s/cm样件缩边尺寸/mm实施例133基材破坏62001.2实施例335基材破坏基材破坏0.8实施例539基材破坏基材破坏0.5对比例137基材破坏23801.1对比例236基材破坏基材破坏1.0表2烘烤温度/℃烘烤时间/min剥离距离/cm实施例1110303.8实施例3130302实施例5140301对比例1120303.0对比例2130305最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页1 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