本发明涉及高分子聚合物技术领域，具体公开了一种用于纺织涂层的阳离子型水性聚氨酯树脂及其制备方法。
背景技术：
随着水性聚氨酯合成技术的发展，其性能在不断改进，近年来，水性聚氨酯的应用领域不断拓展。目前，水性聚氨酯在纺织印染行业的应用越来越广泛，水性聚氨酯树脂能赋予织物优良的柔软度、丰满感、耐洗、耐磨、爽滑、手感好、回弹好等优异性能。但由于水性聚氨酯结构的可裁剪性以及原料的多样性，现有技术中水性聚氨酯树脂制备的纺织涂层存在耐水性差、与纤维的牢固性差、以及手感和回弹性不理想等问题，导致水性聚氨酯型纺织涂层产品质量不佳。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有的缺陷，提供一种用于纺织涂层的阳离子型水性聚氨酯树脂及其制备方法，由该水性聚氨酯树脂制备的纺织涂层不仅手感丰满爽滑、回弹良好，而且在纤维上的牢固性极佳，并且具有优异的耐水性。
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现的：一种用于纺织涂层的阳离子型水性聚氨酯树脂，包括以下原料组分及重量份：
优选地，所述多元醇为40～65份。
优选地，所述多异氰酸酯为20～30份。
优选地，所述小分子扩链剂为4～5份。
优选地，所述阳离子型扩链剂为3～4份。
优选地，所述硅烷偶联剂为1～1.5份。
优选地，所述成盐剂为3～4份。
优选地，所述多元醇包括脂肪族聚醚多元醇和端羟基聚硅氧烷二元醇，所述脂肪族聚醚多元醇和所述端羟基聚硅氧烷二元醇重量比例为(40～55)：(5～10)，所述脂肪族聚醚多元醇选自聚氧化丙烯二元醇和聚氧化丙烯三元醇中的一种或者两种。
优选地，所述端羟基聚硅氧烷二元醇的结构式如下：
在结构式中，r1和r2均为ch3、ch2ch3或ch2ch2ch3，n为1～1000的整数。
优选地，所述端羟基聚硅氧烷二元醇的数均分子量为1000-3000。
更优选地，所述端羟基聚硅氧烷二元醇的数均分子量为1700-2200。
优选地，所述聚氧化丙烯二元醇的数均分子量为500-2000。
更优选地，所述聚氧化丙烯二元醇的数均分子量为800-1000。
优选地，所述聚氧化丙烯三元醇的数均分子量为2000-4000。
更优选地，所述聚氧化丙烯三元醇的数均分子量为3500-4000。
优选地，所述多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基二异氰酸酯中任意一种或者多种。
优选地，所述小分子扩链剂选自乙二醇、1,4-丁二醇和2-甲基-1,3-丙二醇中任意一种或多种。
优选地，所述阳离子型扩链剂为二乙醇胺或n-甲基二乙醇胺。
优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，其结构式为：
优选地，所述成盐剂为乳酸。
本发明公开一种制备如上述所述的用于纺织涂层的阳离子型水性聚氨酯树脂的方法，包括以下步骤：按重量比例将所述脂肪族聚醚多元醇和所述羟基聚硅氧烷二元醇进行混合，然后加入所述多异氰酸酯，升温至80～90℃，保温2～3h，降温至40～50℃后，加入所述小分子扩链剂，升温至70～80℃，保温1～2h，得到第一预聚体；将所述第一预聚体降温至40～50℃后，加入所述阳离子型扩链剂，保温1～2h，得到第二预聚体；将所述第二预聚体降温至25～35℃，然后加入所述硅烷偶联剂，保温反应5～20min，加入所述成盐剂，加入自来水高速搅拌乳化，减压蒸馏，获得阳离子型水性聚氨酯树脂。
优选地，加入所述阳离子型扩链剂、所述小分子扩链剂、所述成盐剂的同时需加入用于调节溶液浓度的溶剂。
优选地，所述溶剂为丙酮、丁酮和甲乙酮的一种或多种。
所述溶剂的作用为调整反应溶液的粘度。所述溶剂的添加量可根据反应需要酌情添加。所述溶剂在减压蒸馏阶段被蒸馏除去。
本发明选用聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇作为大分子多元醇的主要原料，同时加入少量端羟基聚硅氧烷二元醇，由于该大分子二元醇的羟基位于硅氧烷侧链上，当接入聚氨酯主链上时，硅氧烷容易向表面迁移，可显著提高涂膜的爽滑性、耐水性和手感；端羟基聚硅氧烷二元醇的硅氧烷水解生成的硅醇能与基布发生缩合反应可显著提高纺织涂层的牢固性。本发明获得的阳离子型水性聚氨酯，由于正电荷的优势，使其与纤维层的附着力更为牢固。同时，加入少量高分子量三官能度的聚醚多元醇，由于聚醚多元醇分子量高可进一步提高涂层的手感，且三官能度为聚氨酯体系提供一定交联度，对水性聚氨酯树脂的综合性能有较大改善，由获得的水性聚氨酯树脂制备纺织涂层不仅柔软，还具有优良耐水性和牢固性的优点。同时本发明在合成过程中加入硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，该硅烷偶联剂为含有三个硅氧键和环氧官能团的硅烷，由于硅氧烷在材料的表面富集会进一步提高材料的耐水性，同时环氧官能团的存在可以明显提高材料与基材的粘结强度。
综上所述，本发明提供用于纺织涂层的阳离子型水性聚氨酯树脂及其制备方法，本发明的有益效果：
本发明获得的阳离子型水性聚氨酯树脂乳液稳定性好，贮存时间长，由本发明获得的水性聚氨酯树脂制备的纺织涂层不仅手感丰满爽滑、回弹良好，而且在纤维上的牢固性极佳，并且具有优异的耐水性。
本发明制备工艺稳定，反应易于控制，并且本发明所制备的阳离子型水性聚氨酯树脂主要采用聚氧化丙烯多元醇，价格低廉，降低水性聚氨酯树脂的生产成本，对水性聚氨酯树脂在纺织涂层行业的应用具有重要的意义。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1
向三口烧瓶中加入40g聚氧化丙烯二醇(数均分子量为1000)、10g聚氧化丙烯三醇(数均分子量为4000)、7g端羟基聚硅氧烷二元醇(数均分子量为2000)，混合均匀，再加入25g甲苯二异氰酸酯，升温至85℃，反应2h，降温至50℃，加入5g1,4-丁二醇和适量丙酮，搅拌后，加热至80℃，反应2h；降温至40℃，加入3g二乙醇胺和适量丙酮，保温反应1h；降温至30℃，加入1gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，反应10min，加入3g乳酸和丙酮，反应1min，出料，加入185g自来水乳化分散，然后通过减压蒸馏除去丙酮，获得阳离子型水性聚氨酯树脂乳液。
实施例2
向三口烧瓶中加入37g聚氧化丙烯二醇(数均分子量为1000)、15g聚氧化丙烯三醇(数均分子量为4000)、8g端羟基聚硅氧烷二元醇(数均分子量为2000)，混合均匀，再加入25g二苯基甲烷二异氰酸酯，升温至85℃，反应3h，降温至50℃，加入5g1,4-丁二醇和丙酮，搅拌后，加热至70℃，反应2.5h；降温至40℃，加入3g二乙醇胺和丙酮，保温反应1h；降温至30℃，加入1gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，反应10min，加入3g乳酸和丙酮，反应1min，出料，加入185g自来水乳化分散，然后通过减压蒸馏除去丙酮，获得阳离子型水性聚氨酯树脂乳液。
实施例3
向三口烧瓶中加入40g聚氧化丙烯二醇(数均分子量为1000)，15g聚氧化丙烯三醇(数均分子量为4000)，5g端羟基聚硅氧烷二元醇(数均分子量为2000)，混合均匀，再加入25g六亚甲基二异氰酸酯，升温至90℃，反应2h，降温至50℃，加入5g1,4-丁二醇和丙酮，搅拌后，加热至80℃，反应2h；降温至40℃，加入3gn-甲基二乙醇胺和丙酮，保温反应1h；降温至30℃，加入1gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，反应10min，加入3g乳酸和丙酮，反应1min，出料，加入185g自来水乳化分散，然后通过减压蒸馏除去丙酮，获得阳离子型水性聚氨酯树脂乳液。
实施例4
向三口烧瓶中加入43g聚氧化丙烯二醇(数均分子量为1000)，10g聚氧化丙烯三醇(数均分子量为4000)，5g端羟基聚硅氧烷二元醇(数均分子量为2000)，混合均匀，再加入27g二环己基二异氰酸酯，升温至85℃，反应2h，降温至50℃，加入5g1,4-丁二醇和丙酮，搅拌后，加热至80℃，反应2h；降温至40℃，加入3gn-甲基二乙醇胺和丙酮，保温反应1h；降温至30℃，加入1gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，反应10min，加入3g乳酸和丙酮，反应1min，出料，加入185g自来水乳化分散，然后通过减压蒸馏除去丙酮，获得阳离子型水性聚氨酯树脂乳液。
性能检测：
按照以下步骤方法使用上述实施例1～4中制备的水性聚氨酯树脂制备纺织涂层：分别将实施例中的1-4号乳液经增稠、流平、消泡处理后，均匀刮涂于基布上，置于120℃的干燥箱中干燥1～2分钟即得所述纺织涂层，其中基布可以为春亚纺、针织布等。
根据国家标准gb/t28463-2012《纺织品装饰用涂层织物》对实施例1-4获得的阳离子型水性聚氨酯树脂乳液进行性能评价，其测试结果见表1。
表1实施例1至4获得的阳离子型水性聚氨酯树脂乳液的性能结果
由表1可看出，由本发明获得的阳离子型水性聚氨酯制备的纺织涂层具有较高的剥离强度与基布粘结牢度高，并且有较高的耐静水压性能，同时获得了理想的表面疏水性；此外经该水性聚氨酯树脂制备的纺织涂层手感柔软爽滑，远超市场同类产品。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。