[發明專利]一種硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 201310489441.8
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103524696A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 萬彬;廖建雄;王小妹;譚佑華;楊翰;伍雪芬
• 申請（專利權）人: 中山市明日涂料材料有限公司;中山大學
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/61;C08G18/42;C08G18/48;C08G18/44;C08G18/46;C08G18/50;C08G18/32;C08G18/12;C08J3/03;C08L75/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明屬于聚氨酯乳液領域，具體涉及一種硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液及其制備方法。

背景技術

溶劑型聚氨酯由于使用大量的揮發性有機化合物或有毒溶劑，既對環境造成嚴重污染，又對相關行業如涂料、膠黏劑等產業的工人造成健康損害，已引起社會的廣泛關注。水性聚氨酯乳液由于不含或只含極少量的有機溶劑，是一種環境友好型產品，其不會對工人的健康造成傷害，也消除了火災事故等的隱患，因而是目前研究的熱點。

高固含量水性聚氨酯含水量低，干燥成膜速度快，用作粘合劑、涂料和油墨樹脂，可提高其使用時的生產效率，同時也降低了包裝、運輸成本。然而，當提高水性聚氨酯的分散相含量時，特別是分散相含量高于連續相時，體系黏度急劇上升，制備高固含量存在一定的技術難度。目前，提高聚氨酯乳液固含量的主要方法是引入親水性強的磺酸型擴鏈劑，但磺酸基的親水性過強，導致膠膜的耐水性下降，難以滿足使用要求。

高固含量聚氨酯乳液的研究報道也不少，如中國專利ZL?101597369B，該專利采用二羥甲基丙酸和脂環族磺酸鹽作為親水擴鏈劑，得到固含量為50%以上的聚氨酯乳液，其耐熱性好，但是由于磺酸鹽的使用，其耐水性不足，且固含量難以達到60%以上，有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液。

本發明的另一個目的是提供上述硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液的制備方法。

本發明的上述目的通過如下技術方案予以實現：

一種硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液，由分散相及固相組成，所述分散相為水，所述固相由以下重量百分比的物質制備而成：

（A）二異氰酸酯?9~33%；

（B）普通多元醇?43~78%；

（C）大分子含磺酸鹽基多元醇?8~42%；

（D）小分子含磺酸鹽基多元醇?0.7~1.5%；

（E）端羥基硅氧烷?1.0~3.0%；

（F）羧酸型親水單體?0.35~0.8%；

（G）成鹽試劑?0.09~0.6%；

（H）乙二胺0.2~1.5%；

（G）催化劑?0.01~0.02%。

所述大分子含磺酸鹽基多元醇為間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉與聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚碳酸酯二元醇、聚己內酯二元醇、聚醚二元醇或聚四氫呋喃二醇反應生成的聚合物中的一種或幾種的混合物，分子量為1000~2000。

所述小分子含磺酸鹽基多元醇為間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉與乙二醇、丁二醇或己二醇進行酯交換反應生成的聚合物，由以下通式表示：

式中，n=1~3，為整數。

合成聚氨酯后，大分子含磺酸鹽基多元醇中的磺酸鹽基團分布在分子鏈軟段，由于磺酸鈉離子對的相互作用，軟段間作用力增強，軟段和硬段相分離明顯，為合成聚氨酯提供良好的彈性和拉伸性能；而小分子含磺酸鹽基多元醇分布在分子鏈硬段，由于磺酸鹽的鈉離子與軟段中的氧原子配位，提高軟硬段的相混合，使合成聚氨酯的力學強度增大，成膜干爽不黏手。

優選地，當小分子含磺酸鹽基多元醇和大分子含磺酸鹽基多元醇的摩爾比為1:3~5，合成的聚氨酯既有較強的力學強度，又有良好的拉伸性能，綜合性能佳。

所述成鹽試劑為能與羧基生成鹽或離子基團的試劑，包括三乙胺、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀等。

所述二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷-4,4＇-二異氰酸酯中的一種或多種的混合物。

所述多元醇為聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚碳酸酯二元醇、聚己內酯二元醇、聚醚二元醇、聚四氫呋喃二醇中的一種或多種的混合物，其分子量為400~3000。

所述羧酸型親水單體為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二氨基苯甲酸中的一種或多種的混合物。

優選地，所述端羥基硅氧烷的分子量為800~2400，端羥基硅氧烷分子量太大，疏水有機硅會太集中，相同添加量時疏水性變差；而端羥基硅氧烷分子量太小，會影響聚合物柔軟度。因此，端羥基硅氧烷需控制在一定分子量范圍內。?

更優選地，所述端羥基硅氧烷由以下通式表示：

?或?，

其中m=1~2，n=10~30，m、n均為整數。

端羥基硅氧烷可通過-OH與-NCO的反應引入聚氨酯分子鏈，其表面能較低，在成膜過程中易于向膜表面富集，可賦予改性聚合物涂膜優良的耐水性能。