[發明專利]水溶性有機硅改性聚氨酯樹脂的制備方法

有效

• 申請號: 201210448537.5
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102898613A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 梁勇;張永欣
• 申請（專利權）人: 陜西邦希化工有限公司
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/38;C08G18/61;C08G18/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，特別涉及一種水溶性有機硅改性聚氨酯樹脂的制備方法。

背景技術

隨著人們環保意識的不斷增強，在涂料十二五規劃的指導下，國內市場對涂料、油墨、膠黏劑、皮革涂飾、織物整理等各個行業提出了越來越高的標準和要求，整個市場即將面臨著一次水性化的變革。水性聚氨酯（WPU）是采用水作為分散介質的聚氨酯乳液，其分子結構中含氨基甲酸酯基、脲基和離子鍵，內聚能高，粘結力強，是水性涂料應用領域中綜合性能突出的一類高檔產品。水性聚氨酯涂膜光澤度高、手感好，透水透氣性好，具有突出的柔韌性和耐候性。水性聚氨酯已經被廣泛應用于涂料等各個領域。但是，現有水性聚氨酯均是水乳型的產品，清透如水的水溶性聚氨酯樹脂鮮見相關報道。而相比水乳型樹脂，水溶性樹脂的穩定性更好，使用溫度更寬，施工更方便，涂膜的光澤度和致密度更高，涂膜的綜合性能更佳，可以獲得比水乳型樹脂更好的性能和更大的應用領域。

有機硅含有特殊的化學鍵Si-O-Si，由于硅氧烷鍵鍵能比碳碳鍵鍵能大得多而且硅原子具有很低的表面能，因此有機硅具有良好的耐熱、耐水解和耐候性。有機硅改性水性聚氨酯能賦予涂膜極好的耐高低溫性能、化學穩定性、憎水防水性和生理相容性等，彌補了水性聚氨酯樹脂自身硬度不高、耐水性差等缺點，中國專利CN102093530A、CN101280061和CN1854165A中均有類似報道。但是，有機硅易水解，硅羥基在水溶液中逐步水解交聯，使得水性改性聚氨酯樹脂的存儲穩定性變差，嚴重制約了該類樹脂的實際應用。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種水溶性有機硅改性聚氨酯樹脂的制備方法。

本發明采用的具體技術解決方案是：

1]制備預聚體A

1.1]將聚二醇、親水擴鏈劑、助溶劑加入干燥反應器中，并將反應器加熱至40~60℃，聚二醇與親水擴鏈劑的質量比為1：0.06～0.42，聚二醇與助溶劑的質量比為1：0.30～1.80；

1.2]然后再將二異氰酸酯加入反應器中，攪拌均勻后升溫至65~90℃下聚合反應1.0~4小時，得到預聚體A；聚二醇與二異氰酸酯的質量比為1：0.40～1.40；

2]往預聚體A中加入有機硅，聚二醇與有機硅的質量比反應1：0.02～0.50，得到預聚體B；反應時間為10～60min，反應溫度與步驟1.2中相同，

3]往預聚體B中加入有機堿調節pH值為7.0~9.0后，加入乙醇和水的混合溶液，保持體系的最終固含量為10%～40%，降至40℃以下后即可制得水溶性有機硅改性聚氨酯樹脂。

本發明所采用的聚二醇為聚醚二元醇或聚酯二元醇，且聚醚二元醇和聚酯二元醇數均分子質量分別為1000或2000，聚醚二元醇為聚氧化丙烯二醇或聚四氫呋喃二醇；聚酯二元醇為聚己內酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯二元醇，也可以選用多種聚二醇以任意比例混合。

二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、六甲基二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯的衍生物，也可以選用多種二異氰酸酯以任意比例混合。

親水擴鏈劑包括磺酸鹽型和羧酸鹽型兩類，磺酸鹽型擴鏈劑為乙二胺基乙磺酸鈉、1、4-丁二醇-2-磺酸鈉或1、2-二羥基-3-丙磺酸鈉；羧酸鹽型擴鏈劑為二羥甲基丙酸或二羥甲基丁酸，也可以選用上述任意兩種及以上以任意比例混合。

有機堿為氨水、三甲胺、三乙胺或三乙醇胺中任一或任意兩種及以上以任意比例混合。

有機硅包括含氨基、羥基或環氧基的各類有機硅偶聯劑和聚硅氧烷，如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-環氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、N-環己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷等。

助溶劑包括丙酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等中的任一或任意兩種及以上以任意比例混合。

醇類溶劑和水的混合溶液以乙醇和水混合為佳，其中以包含乙醇所占質量比例范圍5%～100%的混合溶液為佳，乙醇無毒性且成本較低。

本發明的優點在于：

通過本發明提供的制備工藝，制備出的水溶性有機硅改性聚氨酯樹脂光亮度高、硬度高、耐磨性佳、耐水性佳，便于長期儲存。

具體實施方式

本發明的技術關鍵有兩點：一是將有機硅引入到聚氨酯的主鏈上，利用有機硅對聚氨酯樹脂進行化學改性，賦予了水性聚氨酯樹脂較高的硬度和良好的耐水性；一是采用乙醇和水的混合溶液對體系進行分散，不但保證了體系的透明性，而且乙醇的存在有效抑制了硅烷的水解，確保了有機硅在樹脂中的儲存穩定性。