本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种用于沙发革的水性聚氨酯树脂、制备方法及其应用。
背景技术：
沙发革要求手感较软，柔韧性好，耐磨性能优异。沙发革除了所用基布和面料层达到要求外，底料也必须达到上述要求。底料偏硬会造成沙发革手感差，僵硬，舒适性差，而作为胶粘剂，一方面需要其固化粘结强度高，剥离强度需达到要求，保证在长期磨损过程中不会脱层。另一方面要求其模量低或者说其分子极性小，这样才可以达到柔韧的要求。而低的分子极性与其较高的剥离强度是矛盾的，目前溶剂型聚氨酯胶黏剂可达到较好的效果，但溶剂型沙发革在制造过程中使用了大量的有机溶剂dmf，不仅对环境造成了污染，而且制品中残留的溶剂也危害着消费者的健康。水性聚氨酯树脂广泛应用到沙发革领域，其不含苯系物、dmf等有机溶剂，具有无毒环保的优点，受到越来越多消费者的喜爱。但现有的水性聚氨酯树脂存在技术上的限制，导致所制成的沙发革依旧存在柔韧性和耐磨性能较差等的问题，且现有技术中，沙发革树脂的制备方法操作繁琐，周期长，耗费了大量的人力物力。因此，亟需研究出一种新型的水性聚氨酯树脂解决沙发革存在的上述问题。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯树脂、制备方法及其应用，用于解决上述问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水性聚氨酯树脂，所述水性聚氨酯树脂包括以下原料组分及重量份：优选地，所述大分子多元醇为140～190份。优选地，所述多异氰酸酯为35～38份。优选地，所述亲水扩链剂为4～5份。优选地，所述催化剂为0.3～0.4份。优选地，所述有机硅改性剂为1～3份。优选地，所述中和剂为2～4份。优选地，所述乳化水为350～400份。优选地，所述后扩链试剂为1～4份。优选地，所述大分子多元醇选自聚碳酸酯二醇、蓖麻油、聚异戊二烯二醇、聚己内酯二醇、聚乙二酸异戊二醇酯二醇、聚四氢呋喃醚中的一种或多种。优选地，所述多异氰酸酯选自tdi、mdi、ipdi、hdi、ndi、hmdi中的一种或多种。优选地，所述多异氰酸酯与大分子多元醇的物质的量比例为1.5～3.5。优选地，所述亲水扩链剂为dmpa。所述催化剂选自有机铋、有机锌中的一种或两种。优选地，所述有机铋为辛酸铋，所述有机锌为辛酸锌。优选地，所述亲水扩链剂占水性聚氨酯树脂总质量的质量比为1～5％。优选地，所述有机硅改性剂为胺基硅烷偶联剂。优选地，所述有机硅改性剂占水性聚氨酯树脂总质量的质量比为0.1～10％。优选地，所述中和剂为三乙胺，所述乳化水为去离子水。优选地，所述中和剂的物质的量占亲水扩链剂的物质的量的80％～120％。优选地，所述后扩链试剂选自乙二胺、异丁二胺、己二胺、对苯二甲胺、邻苯二甲胺、异氟尔酮二胺、环己二甲胺中的一种或多种。优选地，所述后扩链试剂的物质的量占所述多异氰酸酯的物质的量的5％～40％。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种制备如前所述的水性聚氨酯树脂的方法，包括如下步骤：1)将150～200份的大分子多元醇、30～45份多异氰酸酯、3～5份亲水扩链剂、0.1～0.5份催化剂和稀释剂在60～80℃进行搅拌反应6～8h，搅拌速度为500～800r/min；2)将温度调节至30～80℃，加入0.5～4份的有机硅改性剂，继续搅拌反应0.5～2h，搅拌速度保持为500～800r/min；3)调节温度至50～60℃，加稀释剂并混合；调节温度至0～25℃，添加2～5份的中和剂，提高搅拌速度为1000～1200r/min，中和时间1～5min后继续在高速搅拌下加300～500份乳化水，使得分散成乳液状态后添加1～5份的后扩链试剂进行反应，反应时间0.1～1h；4)脱除稀释剂获得水性聚氨酯树脂。优选地，所述步骤1)中加入的稀释剂为5～10份，所述步骤3)中加入的稀释剂为100～150份，稀释剂为丙酮或丁酮。优选地，所述步骤4)中通过减压蒸馏的方式脱除稀释剂，具体操作步骤为：在30～60℃，抽真空-0.07～-0.09mpa的条件下，搅拌或者旋转2～5h，其中搅拌速度为300～500转/min，测试丙酮或丁酮的含量低于0.02％，且测试固含量达35％～40％时停止反应。优选地，加入所述大分子多元醇、多异氰酸酯、亲水扩链剂和催化剂的同时加入用于调节溶液浓度的溶剂，所述溶剂为丙酮、丁酮、甲乙酮、n-甲基吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。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添加。11、所述溶剂在减压蒸馏阶段被蒸馏除去。具体操作步骤为：在30～60℃，抽真空-0.07～-0.09mpa的条件下，搅拌或者旋转2～5h，其中搅拌速度为300～500r/min，测试丙酮或丁酮的含量低于0.02％，且测试固含量达35％～40％时停止反应。本发明还公开了上述水性聚氨酯树脂应用于沙发革的方法，包括沙发革用底料的制备和沙发革试样的制备，具体步骤如下:步骤一：取80～100份的根据权利要求8～10所制备的水性聚氨酯树脂、0.1～0.5份的有机硅类消泡剂、0.2～1份的润湿剂进行搅拌混合，再在600～1200r/min的搅拌速度下添加增稠剂0.5～4份，使得粘度增大至预定的粘度8000～14000mpa.s获得沙发革用底料；步骤二：在离型纸上刮涂面料的浆料，再将其烘干固化以获得面料层；在面料层上刮涂刮步骤一制备的底料；步骤三：将基布或者沙发革贝斯辊压贴合在面料层的涂有底料的面上，再将其烘干固化获得沙发革。本发明的水性聚氨酯树脂采用大分子多元醇以及多异氰酸酯作为合成的主要原料，其中大分子多元醇提供大分子的软段结构，多异氰酸酯提供大分子的硬段结构；亲水扩链剂提供树脂分子的亲水基团，使得水性结构更稳定；催化剂能够促进反应完全进行，尤其在反应温度低以及多异氰酸酯含量较低的情况下，能够加速反应的完全进行；乳化前加入稀释剂用于降低合成过程中和乳前预聚体的粘度；中和剂能够中和亲水扩链剂中的亲水基团，提高分子链的亲水度；乳化水采用去离子水，用于分散大分子使其成乳液态；后扩链试剂进一步提高树脂的分子量，提高树脂强度和提供硬段。如上所述，本发明的水性聚氨酯树脂及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的水性聚氨酯树脂，一方面环保无毒，能够满足环保要求；另一方面，所制备的粘结料用于沙发革能完全满足使用性能要求，并且具有相当优异的柔韧性和耐磨性能，同时树脂制备过程中采用一步投料法，可大大降低人力物力成本。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。表1为实施例1-4中的水性聚氨酯树脂的各原料组分及其配比：表1水性聚氨酯树脂的各原料组分及其配比实施例一1、制备水性聚氨酯树脂1)将聚碳酸酯二醇150g、tdi35g、dmpa4g、辛酸铋0.3g以及稀释剂丙酮5g，在60℃搅拌反应7h，搅拌速度为600r/min；2)调节温度至50℃，加入kh5501g，继续搅拌反应0.5h，搅拌速度保持为600转/min；3)调节温度至50℃，加稀释剂丙酮120g并混合，调节温度至需要的乳化温度5℃，添加三乙胺3g进行中和，提高搅拌速度为1100r/min，中和时间2min后继续在高速搅拌下加乳化水320g，使得分散成乳液状态后添加乙二胺2g进行反应，反应时间1h；4)在30℃、抽真空-0.07mpa的条件下进行减压蒸馏，搅拌2h后，其中搅拌速度为300r/min，测试丙酮或丁酮的含量为0.02％，且测试固含量达38％时停止反应；即将稀释剂丙酮脱除，进而获得水性聚氨酯树脂。2、制备沙发革用底料取步骤1中制备的水性聚氨酯树脂80g、聚二甲基硅氧烷0.2g、脂肪酸0.4g进行搅拌混合，再在600r/min的搅拌速度下添加增稠剂聚丙烯酸盐0.5g，使得粘度增大至预定的粘度8000mpa.s获得沙发革用底料。3、沙发革试样制备1)在离型纸上刮涂面料的浆料，再将其烘干固化以获得面料层；2)在面料层上刮涂刮步骤2制备的底料；3)将基布或者沙发革贝斯辊压贴合在面料层的涂有底料的面上，再将其烘干固化获得沙发革。实施例二1、制备水性聚氨酯树脂1)将聚己内酯二醇150g和ipdi40g、dmpa4g、辛酸锌0.3g以及稀释剂丙酮8g，在65℃进行搅拌反应7h，搅拌速度为600r/min；2)调节温度至50℃，，加入kh5501.5g，继续搅拌反应0.5h，搅拌速度保持为600r/min；3)调节温度至50℃，加稀释剂丙酮120g并混合，调节温度至需要的乳化温度15℃，添加三乙胺3g进行中和，提高搅拌速度为1200r/min，中和时间2min后继续在高速搅拌下加乳化水328g，使得分散成乳液状态后添加己二胺2g进行反应，反应时间1h；4)在50℃、抽真空-0.08mpa的条件下进行减压蒸馏，搅拌3h后，其中搅拌速度为500r/min，测试丙酮或丁酮的含量为0.02％，且测试固含量达38％时停止反应，即将稀释剂丙酮脱除，进而获得水性聚氨酯树脂。2、制备沙发革用软底料将步骤1中制备的水性聚氨酯树脂90g、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.3g、磷酸酯0.3g进行搅拌混合，再在800r/min的搅拌速度下添加增稠剂聚丙烯酸盐1g，使得粘度增大至预定的粘度10000mpa.s获得沙发革用底料。3、沙发革试样制备1)在离型纸上刮涂面料的浆料，再将其烘干固化以获得面料层；2)在面料层上刮涂步骤2制备的底料；3)将基布或者沙发革贝斯辊压贴合在面料层的涂有底料的面上，再将其烘干固化获得沙发革。实施例三1、制备水性聚氨酯树脂1)将聚碳酸酯二醇150g和ndi38kg、dmpa4g、辛酸铋0.3g以及稀释剂丁酮10g，混合反应在70℃进行搅拌反应7h，搅拌速度为800r/min；2)将温度调节至50℃，加入胺基硅烷偶联剂si-6022g，继续搅拌反应0.5h，搅拌速度保持为800r/min；3)调节温度至50℃，加稀释剂丁酮150g并混合；调节温度至需要的乳化温度25℃，添加三乙胺3g进行中和，提高搅拌速度为1200r/min，中和时间2min后继续在高速搅拌下加乳化水325g，使得分散成乳液状态后添加邻苯二甲胺2g进行反应，反应时间1h；4)在60℃、抽真空-0.09mpa的条件下进行减压蒸馏，搅拌4h后，其中搅拌速度为500r/min，测试丙酮或丁酮的含量为0.02％，且测试固含量达38％时停止反应，即将稀释剂丁酮脱除，进而获得水性聚氨酯树脂。2、制备沙发革用底料将步骤1中制备的水性聚氨酯树脂100g、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.1g、非离子型聚氧乙烯烷基酚醚0.6g进行搅拌混合，再在1000r/min的搅拌速度下添加增稠剂缔合型聚氨酯2g，使得粘度增大至预定的粘度10000mpa.s获得沙发革用底料。3、沙发革试样制备1)在离型纸上刮涂面料的浆料，再将其烘干固化以获得面料层；2)在面料层上刮涂步骤2制备的底料；3)将基布或者沙发革贝斯辊压贴合在面料层的涂有底料的面上，再将其烘干固化获得沙发革。实施例四1、制备水性聚氨酯树脂1)将聚己内酯二醇150g和hmdi43g、dmpa4g、辛酸锌0.3g以及稀释剂丁酮5g在75℃进行搅拌反应7h，搅拌速度为800r/min；2)将温度调节至80℃，加入胺基硅烷偶联剂si-6022g，继续搅拌反应0.5h，搅拌速度保持为800r/min；3)调节温度至50℃，加稀释剂丁酮150g并混合；调节温度至需要的乳化温度10℃，添加三乙胺3g进行中和，提高搅拌速度为1200r/min，中和时间5min后继续在高速搅拌下加乳化水335g，使得分散成乳液状态后添加环己二甲胺2g进行反应，反应时间1h；4)在60℃、抽真空-0.09mpa的条件下进行减压蒸馏，搅拌5h后，其中搅拌速度为500r/min，测试丙酮或丁酮的含量为0.02％，且测试固含量达38％时停止反应，即将稀释剂丁酮脱除，进而获得水性聚氨酯树脂。2、制备沙发革用底料将步骤1中制备的水性聚氨酯树脂120g、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.4g、聚氧乙烯脂肪醇醚0.5g进行搅拌混合，再在1000r/min的搅拌速度下添加增稠剂缔合型聚氨酯3g，使得粘度增大至预定的粘度12000mpa.s获得沙发革用底料。3、沙发革试样制备1)在离型纸上刮涂面料的浆料，再将其烘干固化以获得面料层；2)在面料层上刮涂步骤2制备的底料；3)将基布或者沙发革贝斯辊压贴合在面料层的涂有底料的面上，再将其烘干固化获得沙发革。测试结果：对实施例1-4水性聚氨酯树脂进行性能参数测试，结果如表2所示：表2水性聚氨酯树脂的基本特征参数测试结果对实施例1-4的水性聚氨酯树脂的物理机械性能进行测试，结果如表3所示：表3水性聚氨酯树脂的物理机械性能参数测试结果测试性能实施例1实施例2实施例3实施例4100％模量(mpa)1.521.61.661.8断裂强度(mpa)1415.51518断裂伸长率(％)554605590580由表3可知，本发明的水性聚氨酯树脂的100％模量较低，断裂强度较高，这说明本发明的沙发革用底料不仅具有较好的强度还具有较好的柔韧性，保证所制备的沙发革手感柔韧的同时具备良好的耐磨性能。对实施例1-4所制备的底料进行应用性能参数的测试，结果如表4所示：表4底料应用性能参数测试结果从表4可看出：实施例1～4的底料在贴合应用中，其剥离力均较大，贴合后的沙发革耐60℃水洗5min后剥离力损失小于20％，耐10％naoh水溶液浸泡18h后剥离力损失小于20％，70℃湿度90％恒温恒湿放置3周剥离力损失小于30％，耐磨性能均达8万次以上，这说明由本发明的水性聚氨酯树脂所制得的沙发革具有较高的强度，良好的柔韧性和较高的耐磨性能。由此可见，采用本发明的水性聚氨酯树脂作为沙发革底料的主要原料，一方面能够提高所制得的沙发革的柔韧性，不仅具有较好的手感，还具有良好的耐磨性能，且能增强使用强度；另一方面，水性聚氨酯树脂环保无毒，能够满足环保要求，同时树脂制备过程中采用一步投料法，可大大降低人力物力成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12