[發明專利]一種制備水性聚氨酯的方法

無效

• 申請號: 201310087672.6
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103145940A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 王海軍;趙庭山;王學川;馮會平
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/42;C08G18/32;C08G18/34;C08G18/12
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于水性聚氨酯的制備技術領域，具體涉及一種制備水性聚氨酯的方法。

背景技術

聚氨酯的特征是在高分子的主鏈上含有重復的氨基甲酸甲酯鍵結構單元-NHCOO-，通常由二元或多元異氰酸酯與聚醚多元醇或聚酯多元醇反應而成。由于聚氨酯的原料品種相當豐富，能制成形態各異的產品，被化學工程師譽為“可裁剪的”聚合物，應用十分廣闊。水性聚氨酯則是將聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一種聚氨酯體系，有人也稱水性聚氨酯為水系聚氨酯或水基聚氨酯。

目前國內大部分的聚氨酯產品都是溶劑型的，產品中一般含有毒有害的如苯、甲苯、丙酮之類的有機溶劑，在產品的使用過程中這些溶劑的揮發會造成環境污染，危害人們身體健康。水性聚氨酯包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液3種，是以水為介質的二元膠態體系，聚氨酯粒子分散于連續的水相中。水性聚氨酯雖然歷史不長，但發展卻非常迅速，它可以調配成不含或含有少許共溶劑的涂料和膠粘劑，雖然某些性能與溶劑型聚氨酯還存在一定的差距，但具有無毒、不易燃燒、不污染環境、節能、安全可靠、不易損傷被涂飾表面、易操作和改性等優點，使得它在織物、皮革涂飾及粘合劑等許多領域得到了廣泛的應用，逐步代替了溶劑型聚氨酯。現在，水性聚氨酯已形成體系，并不斷擴大。特別是近年來，由于溶劑價格的高漲和環保部門對有機溶劑使用和廢物排放的嚴格限制，使水性聚氨酯取代溶劑型聚氨酯成為一個重要發展方向。對于水性聚氨酯的研究，國內起步較晚，其生產和應用也較為落后。首先是沈陽皮革所于1976年開始研制，此后相繼有北京的水性聚氨酯乳液、天津皮革所的PU-1型乳液及PU型乳液的生產。進入80年代后，國內的研究所、大專院校和化工廠紛紛投入到水性聚氨酯的研究中來，與此同時，與之相關的應用領域也得到了快速的發展。江蘇省化工研究所研制的聚氨酯水乳膠，可應用在針織品、坊路坯等方面，華東理工大學借助DSC、DMA、FTIR等手段討論了乙二胺和水作擴鏈劑制備聚氨酯脲-聚甲基丙烯酸甲酯水分散液時擴鏈劑對乳液的分子鏈結構和性能的影響。近十年來，我國水性聚氨酯的合成和性能研究得到較快的發展。南京大學合成了一種硅氧烷改性的聚氨酯水乳液，并對其性能進行了研究；山西化工研究院和太原理工大學發揮各自的優勢，合作開發了一種新型的單組分水性聚氨酯產品。但是水性聚氨酯的合成工藝復雜，合成的聚氨酯乳液分散不均勻，易沉淀，且在柔韌性、粘結性等物理指標上均不太理想。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種制備水性聚氨酯的方法，具有方法簡單、易操作和乳液均勻穩的特點，本發明的產品不僅具有溶劑型聚氨酯的耐低溫、柔韌性好、粘結強度大的優良性能，具有不燃、氣味小、不污染環境的溶劑型聚氨酯所不具備的優點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種制備水性聚氨酯的方法，包括以下步驟：

1）在裝有電動攪拌器、溫度計的反應釜中，加入在110℃下干燥的聚酯二醇PBA，溫度保持在60～70℃，分兩次加入4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI的丙酮溶液，4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯與聚酯二醇PBA的摩爾用量比為1.9～2.1，第一次先加入一半的4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI的丙酮溶液，反應10～20min，然后加入含有二羥甲基丙酸DMPA的N，N-二甲基甲酰胺DMF溶液，其中二羥甲基丙酸DMPA的量占聚酯二醇PBA與4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI總質量的3～5%，攪拌反應5～10min后，第二次再加入剩余的4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI的丙酮溶液，然后加入催化劑二月桂酸二丁基烯，反應2～3h；

2）預聚反應結束后根據未反應的4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI?的量按1:1比例加入1，4-丁二醇BDO進行擴鏈，反應時間30～45min，在此期間觀察體系黏度變化，若黏度過高加入丙酮降低黏度以保證反應完全；

3）將上述擴鏈反應后的預聚體降溫至40℃，加入三乙胺TEA中和30～40min，降至室溫后，在攪拌下加入去離子水乳化；

4）蒸餾脫除丙酮，得到自乳化陰離子型水性聚氨酯。

本發明的有益效果是：

水性聚氨酯材料的性能在很大程度上取決于軟硬段的相結構和微相分離程度，因此在研制水性聚氨酯乳液是，異氰酸酯與多元醇的配比是影響乳液性能的重要因素之一。本實驗對n(NCO)/n(OH)對乳液外觀及穩定性的影響進行了研究，得出在n(NCO)/n(OH)為1.9～2.1是能夠得到穩定的水性聚氨酯乳液。