[發(fā)明專(zhuān)利]水分散型熱塑性聚氨酯及其生產(chǎn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410324064.7
• 申請(qǐng)日: 2014-07-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104086739A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 貝文理;葉青;趙亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江枧洋化工有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C08G18/66
• 分類(lèi)號(hào): C08G18/66;C08G18/46;C08G63/688
• 代理公司: 寧波市鄞州金源通匯專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 33236
• 代理人: 朱新學(xué)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子化工領(lǐng)域，尤其是一種水分散型熱塑性聚氨酯樹(shù)脂及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，也稱(chēng)水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水為溶劑，無(wú)污染、安全可靠、機(jī)械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性。生產(chǎn)水性聚氨酯樹(shù)脂時(shí)，目前普遍采用的是丙酮法工藝，即首先合成含有親水性基團(tuán)的預(yù)聚體，再將將預(yù)聚體溶解在丙酮之中，以降低體系的黏度，再在高速攪拌下，加入大量水產(chǎn)生相倒轉(zhuǎn)，水變?yōu)檫B續(xù)相從而形成聚氨酯聚合物的水分散體，最后蒸餾除去丙酮得到不含溶劑的水性聚氨酯樹(shù)脂。但此種方法有以下一些缺點(diǎn):首先，因?yàn)閿嚢铇D(zhuǎn)速和電機(jī)功率的限制，預(yù)聚體黏度必須控制在可攪拌的范圍內(nèi)，因此也就無(wú)法獲得較高分子量的聚氨酯聚合物，目前解決此問(wèn)題的方法是在分散后的預(yù)聚體加入高活性氨基樹(shù)脂進(jìn)行擴(kuò)鏈，但是此時(shí)由于水的存在，氨擴(kuò)鏈和水?dāng)U鏈存在競(jìng)爭(zhēng)，所得的聚氨酯聚合物為鏈段中存在氨基甲酸酯、脲基甲酸酯等多種成分，乳液粒徑分布寬，儲(chǔ)存穩(wěn)定性不佳；同時(shí)丙酮法合成工藝時(shí)間較長(zhǎng)，操作復(fù)雜，重復(fù)性不好。

熱塑性聚氨酯（簡(jiǎn)稱(chēng)TPU）是廣泛應(yīng)用的一類(lèi)聚氨酯材料，與溶劑法合成聚氨酯樹(shù)脂的工藝不同，TPU合成時(shí)完全不使用溶劑，而是直接將熔化狀態(tài)的原料進(jìn)行物理混合，然后通過(guò)高溫快速反應(yīng)或者中溫慢速熟化達(dá)到所需的分子量，整個(gè)過(guò)程不使用溶劑，操作簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。熱塑性聚氨酯一般可溶于極性溶劑，如丙酮、丁酮、乙酸乙酯、甲苯等，但由于分子鏈上無(wú)親水基團(tuán)，因此無(wú)法分散于水中形成穩(wěn)定的乳液。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而提供一種具有親水性基團(tuán)的水分散型熱塑性聚氨酯樹(shù)脂及其生產(chǎn)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的水分散型熱塑性聚氨酯樹(shù)脂，它由親水性聚脂多元醇、非親水性聚脂多元醇、二異氰酸酯組成，其中：親水性聚脂多元醇的質(zhì)量占總質(zhì)量的15-35%，非親水性聚脂多元醇的質(zhì)量占總質(zhì)量的65-75%，二異氰酸酯的質(zhì)量占總質(zhì)量的8-15%、擴(kuò)鏈劑的質(zhì)量占總質(zhì)量的0.5-1.5%。

所述親水性聚脂多元醇由已二酸、間苯二甲酸二甲酯－5－磺酸鈉、新戊二醇、1，4-丁二醇組成，其中：已二酸的質(zhì)量占上述組份總質(zhì)量的25-55%，間苯二甲酸二甲酯－5－磺酸鈉的質(zhì)量占上述組份總質(zhì)量的15-25%，新戊二醇的質(zhì)量占上述組份總質(zhì)量的10-25%，1，4-丁二醇的質(zhì)量占上述組份總質(zhì)量的15-30%。

所述非親水性聚脂多元醇為已二酸和二元醇的反應(yīng)物，二元醇是乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1，4－丁二醇、新戊二醇的一種或幾種，作為優(yōu)選，所述非親水性聚脂多元醇為己二酸、1，4－丁二醇、新戊二醇三者的共聚物，分子量為2000。

所述二異氰酸酯為低活性芳香族二異氰酸酯或脂肪族二異氰酸酯，作為優(yōu)選，所述二異氰酸酯為2,4-甲苯二異氰酸酯或六亞甲基二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯。

一種水分散型熱塑性聚氨酯樹(shù)脂的生產(chǎn)方法，第一步：合成親水性聚脂多元醇，向帶有真空脫水裝置、裝有溫度計(jì)、攪拌器和冷凝裝置的反應(yīng)釜中加入配方量的己二酸，間苯二甲酸二甲酯－5－磺酸鈉，新戊二醇，1，4-丁二醇，升溫同時(shí)開(kāi)始攪拌；當(dāng)升溫到160～190℃左右時(shí)，開(kāi)始餾出水分和甲醇，繼續(xù)升溫至內(nèi)溫達(dá)到220℃，待餾出的水和甲醇接近理論量的時(shí)，并測(cè)定酸值小于或等于15mg/KOH時(shí)開(kāi)始減壓蒸出反應(yīng)生成的低聚物和多余醇，當(dāng)餾出物減少或變慢時(shí)，減壓進(jìn)行高真空反應(yīng)，系統(tǒng)壓力保持在80Pa以下，反應(yīng)時(shí)間2.5-4小時(shí)，縮聚反應(yīng)結(jié)束，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，解除真空出料得到親水性聚酯多元醇；第二步：合成水分散型熱塑性聚氨酯樹(shù)脂，向反應(yīng)釜中投入配方量的親水性聚酯多元醇、非親水聚酯多元醇、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑，在溫度為70～80℃下攪拌反應(yīng)2.5-4小時(shí)；所得的半液態(tài)預(yù)反應(yīng)物料注入密閉容器中在45-60℃保溫條件下放置一周后得到水分散型熱塑性聚氨酯樹(shù)脂。

作為優(yōu)化，第一步中在投料的同時(shí)加入有機(jī)鈦催化劑，且有機(jī)鈦催化劑的質(zhì)量大于或等于第一步投料總量的0.01%；第二步中在攪拌反應(yīng)3小時(shí)后加入有機(jī)鉍催化劑，再將所得的半液態(tài)預(yù)反應(yīng)料注入密閉容器中，其有機(jī)鉍催化劑的質(zhì)量大于或等于第二步投料總量的0.005%；所述的有機(jī)鈦催化劑為鈦酸四異丙酯。

其中擴(kuò)鏈劑為二元醇中的乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1，4－丁二醇、新戊二醇的一種，優(yōu)選為：1，4-丁二醇。