一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体及其制备方法与流程

本技术涉及有机聚合物技术的领域，尤其是涉及一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯按分散介质类型可分为溶剂型聚氨酯与水性聚氨酯两大类，其中，水性聚氨酯以水为分散介质，根据软段多元醇的不同种类，可分为聚醚型、聚酯型及聚烯烃型水性聚氨酯，根据硬段异氰酸酯不同种类，分为脂肪族、芳香族、脂环族水性聚氨酯，生产过程相对溶剂型更绿色环保，安全易控。

2、相关技术可参考授权公告号为cn1324063c的中国发明专利，其公开了一种水性聚氨酯的制备方法，包括制备一含有羧基和可交联基团的聚氨酯水分散体，制备一功能聚合物，及强力搅拌上述预聚物，得到改性的水性聚氨酯。该发明制备的水性聚氨酯，通过引入氟改性，大大降低成膜物的表面能，提高其疏水性，从而来提高其耐玷污性、耐湿性和耐溶剂性，因而可以广泛用于外墙涂料、木器涂料等由于传统聚氨酯酯软段因酯键易水解，导致树脂耐水解性较差，随着存储时间的推移性能下降，因此现有技术中常采用对聚氨酯进行疏水改性，利用其含有的亲水基团，使其具有稳定性。但聚醚多元醇由于大量醚键降解会导致耐紫外和耐热氧化性能较差，因此普通水性聚氨酯的耐水性与耐热性之间矛盾，无法同时满足。

技术实现思路

1、为了同时提高水性聚氨酯的耐水性和耐热性，本技术提供一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体及其制备方法。

2、本技术提供的一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体，采用如下的技术方案：

3、一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体，原料按重量份包括65-70份二聚酸聚酯多元醇、3.5-4.5份2,2-二羟甲基丙酸、20-25份异佛尔酮二异氰酸酯、2-3份端羟基聚二甲基硅氧烷、3-4份1，4-丁二醇、1-1.5份中和成盐剂、1-2份异佛尔酮二胺、300-600份去离子水、0-10份

4、丙酮、0.8-1.2份消泡剂、2-3催化剂。

5、通过采用上述技术方案，采用二聚酸聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯聚合，前端引入含羟基的端羟基聚二甲基硅氧烷进行改性，聚合中段用三甲氧基硅烷进行交联扩链，后端引入异佛尔酮二胺交联改性，得到一种含耐水解、疏水、高交联度的水性聚氨酯水分散体，解决了普通水性聚氨酯耐水解与耐热氧老化、耐热性之间的矛盾，使聚氨酯同时具备耐水性和耐热性两种性能，且力学性能良好。

6、优选的，所述二聚酸聚酯多元醇原料包括二聚酸甲酯、乙二醇、固定化脂肪酶催化剂。

7、通过采用上述技术方案，采用二聚酸甲酯、乙二醇反应，对酯键进行功能化，可以生成二聚酸聚酯多元醇；聚酯多元醇是一类由有机二元羧酸或酯与多元醇缩合或酯交换聚合而成的羟基封端的化合物；以二聚酸甲酯为基础合成的聚酷多元醇具有独特的结构单元，36个碳原子的二聚酸主链，2个烷基支链，生成的二聚酸聚酯多元醇较传统的聚酯多元醇具有良好的流动性、较高的耐水解性和抗氧化性等优点。

8、优选的，所述二聚酸甲酯、乙二醇的重量比为(1-3.2):1。

9、通过采用上述技术方案，采用控制二聚酸甲酯、乙二醇的重量比，是因为二聚酸甲酯的含量能够促进反应的进行，但当二聚酸甲酯的含量饱和时，继续增加反应物的量，对反应没有促进作用，因此优选二聚酸甲酯、乙二醇的重量比为(1-3.2):1。

10、优选的，所述固定化脂肪酶催化剂与乙二醇的重量比为(0.01-0.07):1。

11、通过采用上述技术方案，采用控制固定化脂肪酶催化剂与乙二醇的重量比，是因为催化剂用量的增加可以提供更多与底物结合的酶促位点，加速产物的生成，但当酶与底物结合达到饱和，继续增加酶的用量不能创造更多的接触反应位点，对反应没有明显的促进作用，因此，优选固定化脂肪酶催化剂与乙二醇的重量比为(0.01-0.07):1。

12、优选的，所述固定化脂肪酶可选诺维信435脂肪酶、疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶、南极假丝酵母固定化脂肪酶中的一种。

13、通过采用上述技术方案，采用固定化脂肪酶诺维信435脂肪酶、疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶、南极假丝酵母固定化脂肪酶作为催化剂，是因为这三者催化剂具有较高的酶活力和生产力，能有效促进二聚酸甲酯和乙二醇的反应进行，同时固定化酶催化聚酯合成反应不需要其他的保护反应和去保护反应，不需要除水和隔绝空气，使反应在温和的条件下进行，副反应少，反应完成后，产品容易分离，催化剂无残留。

14、优选的，所述催化剂为二元胺。

15、通过采用上述技术方案，采用二元胺作为催化剂，用来催化水性聚氨酯的改性，可以有效促进支链的引入

16、本技术提供的一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体的制备方法，采用如下的技术方案：

17、一种多重改性二聚酸聚氨酯水分散体的制备方法，包括以下步骤：

18、s1.向反应釜中加入65-70份二聚酸聚酯多元醇、2-3份端羟基聚二甲基硅氧烷，搅拌同时逐步升温，升温至120-125℃，随后进行真空脱水；

19、s2.脱水结束后降温至60-70℃，开始缓慢的滴加20-25份异佛尔酮二异氰酸酯，滴加过程中反应放热而自动升温，升温至80-90℃后恒温反应2-3小时，降温至65-75℃，加入3.5-4.5份2,2-二羟甲基丙酸、3-4份1，4-丁二醇、0.5-1.3份三甲氧基硅烷，待温度稳定后，滴加2-3份催化剂，继续保温反应，同时滴加0-10份丙酮来调节体系的粘度；

20、s3.加入剩余三甲氧基硅烷，继续保温反应；

21、s4.将体系进行降温至35-45℃，加大搅拌速度，混合均匀后加入1-1.5份中和成盐剂，继续搅拌；

22、s5.相转变反应：加大机械搅拌的力度，同时开始蒸馏水，向反应釜内加水：第一阶段，缓慢加入100-200份去离子水；第二阶段，加快速度添加200-400份蒸馏水；

23、s6.完成相转变后，加入1-2份异佛尔酮二胺，加入0.8-1.2份消泡剂，继续搅拌20-40min后，真空脱除丙酮并收料过滤，得到改性水性聚氨酯。

24、通过采用上述技术方案，采用二聚酸聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯聚合，前端引入含羟基的端羟基聚二甲基硅氧烷进行改性，聚合中段用三甲氧基硅烷进行交联扩链，后端引入异佛尔酮二胺交联改性，得到一种含耐水解、疏水、高交联度的水性聚氨酯水分散体。

25、优选的，所述二聚酸聚酯多元醇的制备方法，包括以下步骤：

26、s1.将二聚酸甲酯和乙二醇加入反应釜中，二聚酸甲酯和乙二醇的摩尔比例为(1-2.8):1，同时按固定化脂肪酶催化剂与乙二醇的重量比为(0.01-0.07):1加入固定化脂肪酶催化剂，在氮气保护下进行搅拌，逐渐升温至50-90℃，控制在此反应温度下，缓慢搅拌9-12h；

27、s2.反应结束后过滤出固定化脂肪酶催化剂，通过离心除去底部未反应的物质；

28、s3.将剩余的物质在温度为75-85℃下进行减压蒸馏，得到二聚酸聚酯多元醇。

29、通过采用上述技术方案，采用二聚酸甲酯、乙二醇在固定化脂肪酶的催化下进行功能化反应，生成二聚酸聚酯多元醇，反应条件温和，副反应少，反应完成后，产品容易分离，催化剂无残留，生成的二聚酸聚酯多元醇较传统的聚酯多元醇具有良好的流动性、较高的耐水解性和抗氧化性等优点。

30、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

31、1.通过采用上述技术方案，采用二聚酸聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯聚合，前端引入含羟基的端羟基聚二甲基硅氧烷进行改性，聚合中段用三甲氧基硅烷进行交联扩链，后端引入异佛尔酮二胺交联改性，得到一种含耐水解、疏水、高交联度的水性聚氨酯水分散体，解决了普通水性聚氨酯耐水解与耐热氧老化、耐热性之间的矛盾，使聚氨酯同时具备耐水性和耐热性两种性能，且力学性能良好；

32、2.通过采用上述技术方案，采用二聚酸甲酯、乙二醇反应，对酯键进行功能化，可以生成二聚酸聚酯多元醇；聚酯多元醇是一类由有机二元羧酸或酯与多元醇缩合或酯交换聚合而成的羟基封端的化合物；以二聚酸甲酯为基础合成的聚酷多元醇具有独特的结构单元，36个碳原子的二聚酸主链，2个烷基支链，生成的二聚酸聚酯多元醇较传统的聚酯多元醇具有良好的流动性、较高的耐水解性和抗氧化性等优点；

33、3.通过采用上述技术方案，采用固定化脂肪酶诺维信435脂肪酶、疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶、南极假丝酵母固定化脂肪酶作为催化剂，是因为这三者催化剂具有较高的酶活力和生产力，能有效促进二聚酸甲酯和乙二醇的反应进行，同时固定化酶催化聚酯合成反应不需要其他的保护反应和去保护反应，不需要除水和隔绝空气，使反应在温和的条件下进行，副反应少，反应完成后，产品容易分离，催化剂无残留。