一种水性聚氨酯乳液及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料领域，更具体的说涉及一种水性聚氨酯乳液，还涉及一种水性聚氨酯乳液的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚氨酯广泛应用于涂料、胶粘剂、油墨、皮革加工、纺织等领域，性能表现优异，目前工业上仍大量采用有机溶剂型聚氨酯，有机溶剂型聚氨酯因在生产过程中产生大量挥发性有机溶剂所带来的环境污染，对工人有损健康。水性聚氨酯是一种即保留了传统有机溶剂型聚氨酯的高光泽度、高强度、高耐磨性、高弹性、高粘接性、耐低温性和耐疲劳性等特点，又具有运输安全、操作环境好、粘度与聚合物分子量无关等优势；同时避免了有机溶剂型聚氨酯因在使用过程中产生大量挥发性有机溶剂所带来的环境污染问题。
[0003]但是，目前工业制备水性聚氨酯的方法一般都有有机溶剂的参与，用于降低体系粘度或溶解某些反应物；这些有机溶剂主要包括丙酮、N, N-二甲基甲酰胺以及N-甲基吡咯烷酮等。丙酮在水性聚氨酯乳液制备结束后通过减压蒸馏的方式部分或全部除去，而N，N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮由于沸点相对较高，则一般残留在乳液中。例如卫晓利等人在“涂料工业”2009年第4期所报道的一种水性聚氨酯乳液的制备方法，就需要用N-甲基吡咯烷酮溶解反应物。因此目前工业制备的水性聚氨酯乳液都并非真正意义上的无溶剂参与的水乳液体系，其在制备和使用过程中均存在一定程度的挥发性有机溶剂的释放，造成环境污染。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是一种水性聚氨酯乳液，其特点是从聚氨酯的分子结构设计和制备工艺出发，合成出一种制备过程中完全无溶剂参与综合性能达到工业要求的水性聚氨酯乳液。
[0005]本发明的另一个目的是一种水性聚氨酯乳液的制备方法。
[0006]本发明的一种水性聚氨酯乳液，其主要组分为:以重量份计:
[0007]长链二元醇20-200份，二异氰酸酯2-40份，催化剂0_2份，小分子扩链剂0.5-40份，水溶性高分子助剂0-20份，乳化剂0-20份。
[0008]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的长链二元醇为聚醚二元醇或聚酯二元醇，分子量100到20000。
[0009]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃醚二醇。
[0010]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的聚酯二元醇为聚己二酸丁二酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己内酯二醇或聚碳酸酯二醇。
[0011]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的二异氰酸酯为1，4-环己烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯或三甲基-1，6-六亚甲基二异氰酸酯。
[0012]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的催化剂为叔胺催化剂、有机锡催化剂或非锡类金属化合物催化剂。
[0013]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的小分子扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基丙磺酸钠、己二胺、苯二胺、三乙醇胺、二氨基苯磺酸钠、二氨基丙酸、二氨基丁酸或乙二氨基乙磺酸钠。
[0014]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的水溶性高分子助剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、纤维素或聚丙烯酰胺。
[0015]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，所述的乳化剂为吐温、烷基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基萘磺酸盐或烷基苯磺酸盐。
[0016]本发明的水性聚氨酯乳液，其中，上述的反应物可以是其中的一种或多种。
[0017]本发明的水性聚氨酯乳液的制备方法，其反应步骤为:
[0018]I)将长链二元醇在30-150°C、常压或0.01-0.1MPa真空度下除水0.1-8小时，加入二异氰酸酯和催化剂，搅拌并保持30-120°C反应0.1-10小时；
[0019]2)加入水溶解的小分子扩链剂，保持温度为0_90°C，反应0.1-3小时；
[0020]3)加入水溶解的水溶性高分子助剂和乳化剂，保持温度为0-90°C，搅拌0.1-3小时，得到水性聚氨酯乳液。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明的水性聚氨酯乳液，从聚氨酯的分子结构设计和制备工艺出发，通过探寻最佳反应物配比和最佳制备工艺，综合性能达到工业要求的水性聚氨酯乳液。
[0023]本发明的水性聚氨酯乳液，制备方法与传统水性聚氨酯乳液相比有较大差异。制备过程中完全无溶剂参与、直接用水降低后期体系粘度以及溶解反应物，且制备工艺简单，成本较低，符合绿色环境要求。
【具体实施方式】
[0024]以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0025]实施例1
[0026]将4份聚乙二醇和40份聚四氢呋喃醚二醇在100°C、0.08MPa抽真空除水6小时。加入7份甲苯二异氰酸酯，搅拌并保持90°C反应2小时。加入用水溶解的1.7份二氨基丙酸，保持温度为20°C，搅拌20分钟。再加入用水溶解的1.5份十二烷基苯磺酸钠，保持温度为O °C，搅拌60分钟。
[0027]实施例2
[0028]将90份聚四氢呋喃醚二醇在130°C、0.07MPa抽真空除水3小时。加入7份六亚甲基二异氰酸酯和0.0003份有机锡催化剂，搅拌并保持70°C反应1.5小时。加入用水溶解的2.1份二氨基苯磺酸钠，保持温度为55°C，搅拌30分钟。再加入用水溶解的I份聚乙烯醇和4份苯乙基酚聚氧乙烯醚，保持温度为40°C，搅拌40分钟。
[0029]实施例3
[0030]将10份聚乙二醇、40份聚四氢呋喃醚二醇和6份聚己二酸乙二酯二醇在110°C、
0.09MPa抽真空除水2小时。加入16份异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌并保持100°C反应5小时。加入用水溶解的5份二氨基丁酸，保持温度为10°C，搅拌40分钟。再加入用水溶解的I份十二烷基硫酸钠，保持温度为70°C，搅拌30分钟。
[0031]实施例4
[0032]将20份聚己二酸丁二酯二醇和20份聚乙二醇在120°C、0.06MPa抽真空除水5小时。加入12份二苯基甲烷二异氰酸酯，搅拌并保持85°C反应I小时。加入用水溶解的3.8份乙二氨基乙磺酸钠，保持温度为20°C，搅拌30分钟。再加入用水溶解的I份聚丙烯酰胺和I份烷基酚聚氧乙烯醚，保持温度为30°C，搅拌20分钟。
[0033]实施例5
[0034]将50份聚丙二醇在100°C、0.05MPa抽真空除水8小时。加入10份萘二异氰酸酯，搅拌并保持85°C反应3小时。加入用水溶解的3份乙二氨基乙磺酸钠和I份苯二胺，保持温度为5°C，搅拌40分钟。再加入用水溶解的I份聚氧化乙烯，保持温度为30°C，搅拌20分钟。
[0035]实施例6
[0036]将90份聚四氢呋喃醚二醇在130°C、0.04MPa抽真空除水5小时。加入7份环己烷二亚甲基二异氰酸酯，搅拌并保持90°C反应3.5小时。加入用水溶解的2.1份二氨基苯磺酸钠，保持温度为25°C，搅拌30分钟。再加入用水溶解的6份吐温80，保持温度为10°C，搅拌40分钟。
[0037]实施例7
[0038]将20份聚乙二醇和20份聚碳酸酯二醇在80°C、0.09MPa抽真空除水6小时。加入6份苯二亚甲基二异氰酸酯，搅拌并保持85°C反应2小时。加入水溶解的2.6份苯二胺，保持温度为20°C，搅拌40分钟。再加入水溶解的2份聚乙烯醇和1.5份十二烷基磺酸钠，保持温度为5°C，搅拌50分钟。
[0039]实施例8
[0040]将30份聚乙二醇和20份聚己内酯二醇在105°C、0.08MPa抽真空除水3小时。加入9份苯1，4-环己烷二异氰酸酯，搅拌并保持90°C反应4小时。加入水溶解的1.2份己二胺，保持温度为0°C，搅拌20分钟。再加入水溶解的1.5份脂肪醇聚氧乙烯醚，保持温度为0°C，搅拌40分钟。
【主权项】
1.一种水性聚氨酯乳液，其主要组分为:以重量份计: 长链二元醇20-200份，二异氰酸酯2-40份，催化剂0-2份，小分子扩链剂0.5-40份，水溶性高分子助剂0-20份，乳化剂0-20份。2.按照权利要求1的所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的长链二元醇为聚醚二元醇或聚酯二元醇，分子量100到20000。3.按照权利要求2所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃醚二醇。4.按照权利要求2所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的聚酯二元醇为聚己二酸丁二酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己内酯二醇或聚碳酸酯二醇。5.按照权利要求1的所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的二异氰酸酯为1，4-环己烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯或三甲基-1，6-六亚甲基二异氰酸酯。6.按照权利要求1的所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的催化剂为叔胺催化剂、有机锡催化剂或非锡类金属化合物催化剂。7.按照权利要求1的所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的小分子扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基丙磺酸钠、己二胺、苯二胺、三乙醇胺、二氨基苯磺酸钠、二氨基丙酸、二氨基丁酸或乙二氨基乙磺酸钠。8.按照权利要求1的所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的水溶性高分子助剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、纤维素或聚丙烯酰胺。9.按照权利要求1的所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，其中，所述的乳化剂为吐温、烷基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基萘磺酸盐或烷基苯磺酸盐。10.一种权利要求1的水性聚氨酯乳液的的制备方法，其反应步骤为: 1)将长链二元醇在30-150°C、常压或0.01-0.1MPa真空度下除水0.1_8小时，加入二异氰酸酯和催化剂，搅拌并保持30-120°C反应0.1-10小时； 2)加入水溶解的小分子扩链剂，保持温度为0-90°C，反应0.1-3小时； 3)加入水溶解的水溶性高分子助剂和乳化剂，保持温度为0-90°C，搅拌0.1-3小时，得到水性聚氨酯乳液。
【专利摘要】本发明公开了一种水性聚氨酯乳液及其制备方法。水性聚氨酯乳液其主要组分为：以重量份计：长链二元醇20-200份，二异氰酸酯2-40份，催化剂0-2份，小分子扩链剂0.5-40份，水溶性高分子助剂0-20份，乳化剂0-20份。本发明的水性聚氨酯乳液制备方法与传统水性聚氨酯乳液相比，制备过程中完全无溶剂参与、直接用水降低后期体系粘度以及溶解反应物，且制备工艺简单，成本较低，符合绿色环境要求。
【IPC分类】C08G18/48, C08G18/66, C08J3/03, C08G18/44, C08G18/42
【公开号】CN105061716
【申请号】CN201510434694
【发明人】雷景新, 肖尧, 陈晓峰, 孔维波
【申请人】四川大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月22日