[發(fā)明專利]一種制備水性聚氨酯的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210065668.5
• 申請(qǐng)日: 2012-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN102585154A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李仙會(huì);董俊偉;吳佳林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海材料研究所
• 主分類號(hào): C08G18/66
• 分類號(hào): C08G18/66;C08G18/42;C08G18/48;C08G18/69;C08G18/12
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種環(huán)保型高分子材料的制備方法，尤其是涉及一種制備水性聚氨酯的方法。

背景技術(shù)

水性聚氨酯是指以水為分散介質(zhì)的聚氨酯分散體系。在世界各國(guó)頒布環(huán)保法案之后，水性聚氨酯以其無(wú)毒，綠色，無(wú)溶劑等特點(diǎn)，成為聚氨酯領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在制備水性聚氨酯過(guò)程中，由于聚氨酯的大分子通常是憎水的，分散成乳液時(shí)，乳化劑是必要的。所以，水性聚氨酯的制備方法一般分為為外乳化和自乳化法。其中，外乳化法是通過(guò)外加乳化劑的方法使聚氨酯分散在水中，此方法通常由于聚氨酯乳液粒子尺寸較大，導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性差。且殘余外乳化劑對(duì)最終產(chǎn)品性能有一定影響。因此，目前水性聚氨酯的制備多采用自乳化分散法，即在聚合物鏈上引入適量的親水基團(tuán)，在一定條件下自發(fā)分散形成乳液。根據(jù)擴(kuò)鏈反應(yīng)不同，自乳化法可分為：丙酮法、熔融分散法、預(yù)聚體法和酮亞胺法等。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)水性聚氨酯的性能有了更高的要求，特別是強(qiáng)度，韌性等力學(xué)性能的要求，采用目前自乳化分散法很難將高分子量的聚氨酯親水預(yù)聚體直接分散在水中以制備穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液。

近年來(lái)，相繼出現(xiàn)了合成水性聚氨酯的新方法-細(xì)乳液聚合法，因其液滴成核的聚合機(jī)理適用于水敏性單體異氰酸酯的聚合，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。但現(xiàn)有的技術(shù)普遍采用外加乳化劑的方法來(lái)制備穩(wěn)定的細(xì)乳液，最終產(chǎn)物包含外乳化劑成分，從而必然對(duì)產(chǎn)物的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。本發(fā)明將結(jié)合傳統(tǒng)自乳化分散法和細(xì)乳液法，提出創(chuàng)新方法-自乳化細(xì)乳液法，即將反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步先合成具有一定乳化能力的親水性預(yù)聚體，第二步加入低分子量多元醇攪勻后乳化分散，形成穩(wěn)定的細(xì)乳液，繼續(xù)反應(yīng)提高分子量，將部分?jǐn)U鏈反應(yīng)在細(xì)乳液中進(jìn)行，從而制備出穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種水性聚氨酯乳液的制備方法，該方法可以在不加外乳化劑，不加或少加助穩(wěn)定劑的條件下制備穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液。從而解決了自乳化分散法中分散難的問(wèn)題，同時(shí)避免了細(xì)乳液聚合法中的外乳化劑產(chǎn)生的負(fù)面影響。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種制備水性聚氨酯的方法，包括以下步驟：

a、在無(wú)任何溶劑的存在下，用聚多元醇、親水?dāng)U鏈劑與異氰酸酯反應(yīng)，生成-NCO端基的預(yù)聚體；

b、添加小分子多元醇、低聚物多元醇中一種或兩種混合物，同時(shí)不加或少量添加強(qiáng)疏水性助穩(wěn)定劑進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)；

c、待b步驟攪拌均勻后立即用去離子水低溫下高速分散；

d、降低攪拌速度，升高溫度，加入催化劑恒溫進(jìn)行后擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到穩(wěn)定水性聚氨酯乳液。

該方法包括一中和步驟，該中和步驟可以在預(yù)聚反應(yīng)后期添加中和劑，可以在預(yù)聚反應(yīng)完成后在分散于水中之前添加中和劑，也可以將中和劑加入水中分散或與后擴(kuò)鏈反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

該方法具體包括以下步驟：

(1)將聚多元醇升溫至100～120℃，真空脫水45～90min，降溫后加入異氰酸酯，滴加占聚多元醇重量的0.01～0.04％的二月桂酸二丁基錫，在75～85℃進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)1.5～2.5h，加入親水?dāng)U鏈劑，在70～80℃反應(yīng)2.5～3.5h，生成-NCO端基預(yù)聚體，親水?dāng)U鏈劑與聚多元醇的摩爾數(shù)比為0.5～1.2∶1，-NCO∶-OH＝2～4∶1，其中-NCO表示異氰酸酯基摩爾數(shù)，-OH表示聚多元醇羥基摩爾數(shù)；

(2)添加小分子多元醇、低聚物多元醇或其共混物于步驟(1)得到的預(yù)聚體中，添加量與殘余-NCO摩爾比為0.3～1∶1，同時(shí)按照占預(yù)聚體總量的0～12％質(zhì)量比加入強(qiáng)疏水性助穩(wěn)定劑快速攪拌均勻，進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)；

(3)向步驟(2)預(yù)聚合反應(yīng)得到的固體物料中加入去離子水，去離子水與固體物料的質(zhì)量比為1～2∶1，控制溫度為0～20℃高速分散成乳液；

(4)升高溫度至40～60℃，按固體物料量的0.03～0.08％的質(zhì)量比添加催化劑，恒溫2.5～4h進(jìn)行后擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液。

該方法包括一中和步驟，用堿金屬氫氧化物或叔胺90％～100％中和上述反應(yīng)得到的羥基羧酸化合物或預(yù)聚體的羧酸基團(tuán)，上述中和步驟可以在預(yù)聚反應(yīng)后期同時(shí)進(jìn)行，也可以在預(yù)聚反應(yīng)完成后分散于去離子水中之前進(jìn)行，也可以將中和劑加入去離子水中或與后擴(kuò)鏈反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

所述的聚多元醇包括己二酸己二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚四氫呋喃醚二醇、端羥基的聚丁二烯、聚氧化丙烯醚二醇等。