一种高力学模量的水性聚氨酯及其低剪切力乳化的合成方法与流程

本发明涉及高分子水性聚氨酯合成领域，具体涉及一种高力学模量的水性聚氨酯及其低剪切力乳化的合成方法。

背景技术：

1、聚氨酯(又称聚氨基甲酸酯)是指分子主链结构中含有氨基甲酸酯(-nhcoo-)重复单元的高分子聚合物，通常由多异氰酸酯与含活泼氢的聚多元醇反应生成。

2、水性聚氨酯(wpu)是以水代替其他有机溶剂作为分散介质的聚氨酯体系，形成的wpu乳液及其胶膜具有优异的机械性能、耐磨性、耐化学品性和耐老化性等特点，可广泛用于轻化纺织、皮革加工、涂料、建筑和造纸等行业。

3、随着世界各国对环境保护的日益重视，越来越多的学者致力于水性聚氨酯树脂的开发，有效限制挥发性有机溶剂的毒害性。虽然水性聚氨酯具有一些优良的性能，但仍有许多不足之处。

4、如硬度低、耐溶剂性差、表面光泽差、涂膜手感不佳等缺点。由于水性聚氨酯在实际应用中存在诸多问题，因此需要对其进行改性。

5、其改性方法主要包括环氧树脂改性、丙烯酸酯改性、有机硅改性、纳米材料改性、复合改性等，本发明也提供了一种改性方向。

6、在查阅文献、现实生产过程中、市场调研及客户需求时，发现水性聚氨酯在高温下的力学模量并不高，且受制于原料工艺并不能放大到更大釜中操作。且需要高速分散乳化使其在一些场合成本较高且无法使用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高力学模量的水性聚氨酯及其低剪切力乳化的合成方法。

2、为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

3、一种高力学模量的水性聚氨酯，按重量份计算，包括如下组分：

4、改性多元醇35-50份；

5、异氰酸酯20-60份；

6、环氧树脂5-15份；

7、改性二甲基硅氧烷5-15份；

8、阴离子亲水扩链剂3-10份；

9、醇类扩链剂0.5-4份；

10、多元胺0.5-5份；

11、后扩链剂0.2-3份；

12、固化剂0.2-5份；

13、催化剂0.1-0.5份；

14、稀释剂20-500份。

15、在本发明的一个优选实施例中，所述改性多元醇为磺酸改性多元醇和聚碳酸酯多元醇的混合物，所述磺酸改性多元醇的分子量为800-1200，所述聚碳酸酯多元醇的分子量为2300-2700。

16、在本发明的一个优选实施例中，所述异氰酸酯为间苯二甲基异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或多种。

17、在本发明的一个优选实施例中，所述环氧树脂为e12、e-51或e-20环氧树脂中的任意一种或多种。

18、在本发明的一个优选实施例中，所述改性二甲基硅氧烷为丙烯酸改性二甲基硅氧烷。

19、在本发明的一个优选实施例中，所述阴离子亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、偶氮亲水扩链剂或双苯环类亲水扩链剂中的任意一种或多种。

20、在本发明的一个优选实施例中，所述醇类扩链剂为乙二醇、二乙二醇、1，4-丁二醇、己二醇或丙二醇中的任意一种或多种。

21、在本发明的一个优选实施例中，所述多元胺为三乙胺、三乙醇胺或二乙醇胺中的任意一种或多种。

22、在本发明的一个优选实施例中，所述后扩链剂为乙二胺、丙二胺、羟乙基乙二胺、己二胺或三乙烯二胺中的任意一种或多种。

23、在本发明的一个优选实施例中，所述固化剂为己二酸二酰肼或双丙酮丙烯酰胺中的任意一种或多种。

24、在本发明的一个优选实施例中，所述催化剂为有机锡类催化剂或有机铋类催化剂中的任意一种或多种。

25、在本发明的一个优选实施例中，所述稀释剂为水、丙酮、二甲基乙酰胺、二甲基丙酰胺、二乙基甲酰胺或二乙基乙酰胺中的任意一种或多种。

26、一种高力学模量的水性聚氨酯的低剪切力乳化的合成方法，包括如下步骤：

27、1)向反应釜中打入改性多元醇、阴离子亲水扩链剂及环氧树脂并加热到100-140℃保持真空负压-0.0.1-0.1mpa混匀；

28、2)反应釜降温至50-60℃滴加入所述异氰酸酯及所述改性二甲基硅氧烷的混合物并控制在3-4h滴加完成，接着升温至80-100℃保温0.5-2h,再升温至90-100℃保温搅拌1-3h；

29、3)降温至70-80℃，将所述稀释剂、催化剂和醇类扩链剂混合滴加入反应釜，控制在2-3h滴加完成后接着保温搅拌1-5h；

30、4)降温至40-60℃，加入所述多元胺及稀释剂的混合物，逐步降至室温，加入稀释剂使用双层搅拌桨进行低速剪切乳化，得分散乳液。

31、5)加入所述后扩链剂，并保持50-70℃真空负压-0.0.1-0.1mpa混匀，最终加入所述固化剂搅拌混匀得到水性聚氨酯产品。

32、在本发明的一个优选实施例中，所述双层搅拌桨包括：

33、外桨结构和内桨结构；

34、所述外桨结构包括一组轴对称开设的子外桨；

35、单个子外桨的桨面上端设置有凸部，所述单个子外桨的桨面下部设置有第一导流通道；

36、所述单个子外桨的桨面下端为朝内下降的第一弧形结构；

37、所述内桨结构包括一组轴对称开设的子内桨；

38、单个的子内桨为弯折结构，在所述弯折结构的下部设置有第二导流通道，在所述弯折结构的下端设置有第二弧形结构。

39、本发明的有益效果在于：

40、本发明以不同多元醇及异氰酸酯作为主链物质，不同硅氧烷及环氧接枝改性侧链，使用阴离子亲水扩链剂及醇类扩链接扩链增加分子量，使用多元胺中和阴离子，再使用后扩链剂继续在乳液下继续扩链增加分子量。在乳化阶段使用自己设计的特殊搅拌桨得以实现在低剪切力下的乳化分散的效果。

技术特征：

1.一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，按重量份计算，包括如下组分：

2.如权利要求1所述的一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，按重量份计算，所述改性多元醇为磺酸改性多元醇和聚碳酸酯多元醇的混合物，所述磺酸改性多元醇的分子量为800-1200，所述聚碳酸酯多元醇的分子量为2300-2700。

3.如权利要求1所述的一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，所述异氰酸酯为间苯二甲基异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，所述环氧树脂为e12、e-51或e-20环氧树脂中的任意一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，所述改性二甲基硅氧烷为丙烯酸改性二甲基硅氧烷。

6.如权利要求1所述的一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，所述阴离子亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、偶氮亲水扩链剂或双苯环类亲水扩链剂中的任意一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，所述醇类扩链剂为乙二醇、二乙二醇、1，4-丁二醇、己二醇或丙二醇中的任意一种或多种；

8.如权利要求1-7当中任一项所述的一种高力学模量的水性聚氨酯的低剪切力乳化的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的一种高力学模量的水性聚氨酯的低剪切力乳化的合成方法，其特征在于，所述双层搅拌桨包括：

技术总结
本发明公开了一种高力学模量的水性聚氨酯，其特征在于，按重量份计算，包括如下组分：改性多元醇35‑50份；异氰酸酯20‑60份；环氧树脂5‑15份；改性二甲基硅氧烷5‑15份；阴离子亲水扩链剂3‑10份；醇类扩链剂0.5‑4份；多元胺0.5‑5份；后扩链剂0.2‑3份；固化剂0.2‑5份；催化剂0.1‑0.5份；稀释剂20‑500份。本发明还公开了其合成方法。本发明克服了水性聚氨酯在高温下的力学模量并不高的同时实现在低剪切力下的乳化分散的效果。

技术研发人员：常兴,刘龙江
受保护的技术使用者：康达新材料（集团）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17