[發明專利]一種水性聚氨酯及其制備方法

有效

• 申請號: 200910150652.2
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101585903A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 謝鎮銘
• 申請（專利權）人: 麗水市優耐克水性樹脂科技有限公司
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;C08G18/73;C08G18/42;C08G18/10;C08G18/32;D06N3/14
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 曹津燕

技術領域

本發明涉及一種水性聚氨酯及其制備方法，特別涉及一種用于合成革 的水性聚氨酯及其制備方法。

背景技術

聚氨酯(PU)是指主鏈上含有大量氨基甲酸酯基團(-NHCOO-，又 稱氨基甲酸酯鍵)的高聚物一聚氨基甲酸酯(Polyurethane)的簡稱，因其 表現出優異的性能，現已被廣泛地應用于工農業和日常生活的各個領域， 其制品包括彈性體材料、涂料、膠粘劑、彈性纖維、合成革等，是一種多 功能聚合物材料。隨著社會、經濟的發展，它正成為一類在社會經濟發展 中不可缺少的高分子材料。但由于絕大部分聚氨酯產品都是溶劑型，含有 大量的二甲基酰胺(DMF)、甲苯等有機溶劑，在制造過程中嚴重污染環 境并且對現場操作人員的身體健康造成威脅。隨著世界各國對環保的日益 關注，相關防污治污的法律法規日益嚴格。水性聚氨酯樹脂以水為溶劑， 安全，環保，機械性能良好，易于改型，還具有不燃、無毒、無污染環境、 節能等優點登上世界舞臺，逐漸被許多研究者所關注，有取代溶劑型的趨 勢，并已經被廣泛應用于皮革、涂料、紡織、印染等工業領域。

傳統的水性聚氨酯的制法就是將低聚物多元醇和二異氰酸酯在一定 溫度下反應制得聚氨酯預聚體，然后加入小分子擴鏈劑進行擴鏈反應；再 加入親水性擴鏈劑使預聚體變成親水性預聚體；然后用成鹽試劑進行中和 反應，使聚氨酯預聚體具有離子性；將此具有離子性的聚氨酯預聚體加水 分散乳化，并加入小分子擴鏈劑進行水中后擴鏈反應，制得水性聚氨酯分 散液。

然而傳統的水性聚氨酯存在許多缺點需要克服，如以蒸發潛熱高的水 為介質導致干燥速度慢；對非極性基材的潤濕性差；初粘性低等缺點。特 別是在合成革工業上，有兩大缺陷使其無法得到有效應用。一是低模量、 發粘、樹脂機械濕度不高；二是稠度調整困難。前者在性能上限制了在合 成革領域的應用，后者在工藝技術上限制了應用。

眾所周知，水性聚氨酯可以看成一種由硬段和軟段嵌段聚合而成的聚 合物。因此水性聚氨酯主要由含-NCO的多異氰酸酯和含-OH的低聚物多 元醇經過一系列的反應得到。理論上，許多含-NCO的多異氰酸酯和含-OH 的低聚物多元醇可以作為合成水性聚氨酯用的原料，實際上由于技術上的 不成熟和出于成本方面的考慮，許多原料都無法用于生產，不具有商業利 用價值。因此，許多廠家傾向于使用芳香族二異氰酸酯和聚醚型多元醇來 生產水性聚氨酯類產品。

常用的芳香族二異氰酸酯主要是甲苯二異氰酸酯(TDI)和4，4’-二苯 基甲烷二異氰酸酯(MDI)。用芳香族二異氰酸酯制備水性聚氨酯，一方 面由于苯環的存在，其產品在光的催化氧化下，苯環上的NCO基團轉變 成醌亞胺等發色基團，從而其產品不耐黃變。另一方面苯環上的NCO基 團特別是對位的NCO基團與水反應的活性大，制備過程不易控制，在預 聚物分散至水中的過程中，第一次擴鏈中未反應的NCO基團會與水發生 劇烈的反應，使得水分散后殘余的可有效進行水中后擴鏈的NCO基團含 量很低，導致PU樹脂的分子量低，機械性能達不到使用要求。

常用的聚醚型多元醇主要有聚氧化丙烯二元醇(PPG)和聚四氫呋喃 醚二元醇(PTMG)等。聚醚型多元醇是端羥基的均聚物，主鏈上的烴基 由醚基鍵連接，由于醚基的內聚能低，導致醚基易旋轉，柔順型好，制得 的水性聚氨酯軟硬段之間的相溶性差，微相分離程度較大，使產品的模量 低，拉伸強度低，所得的涂膜軟，發粘。又因為水性聚氨酯的表面張力一 般為0.040～0.060N/m，水的表面張力為0.073N/m，有機溶劑的表面張力 一般為0.025N/m左右，水的表面張力是有機溶劑的3倍，對表面疏水性 的基材的潤濕性差，初粘性較差。

另外，水性聚氨酯以水作為分散介質，所得分散液的黏度往往不符合 實際應用要求，常常發生流掛和滲入等現象，必須使水性聚氨酯具有適當 的黏度和良好的觸變性才能改善其施工性能、流平性能及儲存性能。

水性聚氨酯因其獨特的優勢得到迅速發展，同時自身存在的缺點使其 部分性能不佳，不具有商業化價值。為了改善水性聚氨酯的這一些缺點使 之適應現代工業對新材料的需求，人們對聚氨酯進行了大量的改性研究工 作。在公知技術中，大多都是通過對多異氰酸酯、低聚物多元醇進行改性 或者加入其它樹脂對水性聚氨酯改性以求達到應用上的要求。

發明內容