[發明專利]一種水性聚氨酯分散體及其無溶劑制備方法

有效

• 申請號: 201710223747.7
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107417873B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 汪金;張紅明;王獻紅;王佛松
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C08G18/12
• 分類號: C08G18/12;C08G18/32;C08G18/38;C08G18/42;C08G18/44;C08G18/48;C08G18/66;C08G18/75;C09D175/06;C09D175/08;C09D175/04
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙) 22210
• 代理人: 陶尊新

本發明提供一種水性聚氨酯分散體及其無溶劑制備方法，屬于水性聚氨酯制備技術領域。解決現有的水性聚氨酯制備工藝中使用有機溶劑的問題。該方法是將至少一種多羥基低聚物多元醇、至少一種多異氰酸酯和小分子親水擴鏈劑反應，得到末端帶有NCO基團的聚氨酯預聚物；然后將末端帶有NCO基團的聚氨酯預聚物和小分子中和劑反應，在60?100℃下加入去離子水，在攪拌下分散后將反應體系的環境溫度降至20?50℃，然后再加入去離子水，分散后得到預聚物分散液；最后將預聚物分散液和磺酸鹽型多元胺親水擴鏈劑反應，然后再和多元胺擴鏈劑反應，得到水性聚氨酯分散體。本發明還提供上述制備方法得到的水性聚氨酯分散體。該方法在制備過程中沒有加入有機溶劑，具有環保性。

技術領域

本發明屬于水性聚氨酯制備技術領域，具體涉及一種水性聚氨酯分散體及其無溶劑制備方法。

背景技術

聚氨酯因其優異的性能被廣泛用于涂料、膠黏劑、合成革、密封膠、彈性體等。而由于人類社會對環保問題的日益重視，愈加嚴厲的生態學及其他法律規定使得傳統溶劑型聚氨酯的發展受到限制，也直接激發了水性聚氨酯的開發與應用，而涂料及粘接劑領域表現得尤為顯著。

水性聚氨酯是指聚氨酯溶解或分散于水中而形成的聚氨酯樹脂，其制備方法主要有傳統的丙酮法及預聚體分散法。EP373671-A中描述了利用丙酮法制備水性聚氨酯，主要是將過量的多異氰酸酯與低聚物多元醇及帶親水基團的小分子多元醇反應，制備出異氰酸酯封端的聚氨酯預聚物，緊接著用小分子二元醇進行擴鏈反應，得到高分子量聚氨酯。過程中，大量丙酮、氮甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等有機溶劑被用來降低體系粘度。隨后，中和劑及大量的水使聚氨酯溶液分散于水中，待減壓蒸餾脫除有機溶劑后得到最終的無溶劑型水性聚氨酯。

在US4598121-A中描述了預聚體分散法制備水性聚氨酯的方法，主要是將過量的多異氰酸酯與低聚物多元醇及帶親水基團的小分子多元醇反應，制備出聚氨酯預聚物，其間加入適量有機溶劑降粘。隨后將反應溫度降低至30-40℃，并加入中和劑和大量水形成聚氨酯預聚物分散液，待分散完全后加入多元胺擴鏈劑與異氰酸酯基團發生擴鏈反應，最后脫除有機溶劑，得到最終的水性聚氨酯。

制備水性聚氨酯的工藝經過近七十年的發展已經趨于完善，然而其制備過程中難免使用有機溶劑降低粘度，且引入的有機溶劑通常需要加熱減壓蒸餾法脫除，雖然能夠實現溶劑的回收，但因為回收的有機溶劑為復雜的混合物，使其再利用受到限制。顯而易見，水性聚氨酯制備過程對有機溶劑的依賴性造成了資源及能源的浪費，且制備得到的產品因難以保證完全無溶劑，限制了水性聚氨酯產品的工業生產及日常使用，成為制約其發展的技術瓶頸，至今仍未攻克。

既然有機溶劑的引入是用來降低在水性聚氨酯制備過程中反應體系較高的粘度，那么如果能夠在不用有機溶劑的基礎上實現反應體系粘度的控制，則能夠實現水性聚氨酯的無溶劑制備。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的水性聚氨酯制備工藝中使用有機溶劑的問題，而提供一種水性聚氨酯分散體及其無溶劑制備方法。

本發明首先提供一種水性聚氨酯分散體的無溶劑制備方法，該方法包括：

步驟一：氮氣保護下，將至少一種多羥基低聚物多元醇、至少一種多異氰酸酯和小分子親水擴鏈劑反應，得到末端帶有NCO基團的聚氨酯預聚物；

步驟二：將步驟一得到的末端帶有NCO基團的聚氨酯預聚物和小分子中和劑反應，然后在60-100℃下加入去離子水，在攪拌下分散后將反應體系的環境溫度降至20-50℃，然后再加入去離子水，分散后得到預聚物分散液；

步驟三：將步驟二得到的預聚物分散液和磺酸鹽型多元胺親水擴鏈劑反應，然后再和多元胺擴鏈劑反應，得到水性聚氨酯分散體；