[發(fā)明專利]一種耐高溫水性聚氨酯及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710700297.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN107501506A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢濤;劉海龍;羅文秀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州吉華高分子材料股份有限公司
• 主分類號(hào): C08G18/66
• 分類號(hào): C08G18/66;C08G18/65;C08G18/08;C08G18/12;C08G18/34;C08G18/40;C08G18/42;C08G18/58;C08G18/61;C08G18/32;C09D175/06
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司33109
• 代理人: 俞潤(rùn)體

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料化學(xué)合成領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高溫水性聚氨酯及其制備方法。

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)的聚氨酯體系，與溶劑型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有無毒、不易燃、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，且水性聚氨酯結(jié)構(gòu)-性能的可調(diào)節(jié)性使其同時(shí)具有彈性體和塑料的性質(zhì)以及優(yōu)良的耐磨性和附著力等，因而在建筑、家具、皮革、紡織、汽車、印刷等部門使用越來越普遍。

水性聚氨酯的分子主鏈中含有重復(fù)的氨基甲酸酯基(-NHCOO-)結(jié)構(gòu)單元，氨基甲酸酯鍵的初始熱分解溫度較低，為140-160℃；再加上水性聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)多為線性，較少交聯(lián)；因而現(xiàn)階段水性聚氨酯的耐高溫性普遍較差。當(dāng)溫度在80-90℃時(shí)，聚氨酯一些重要的力學(xué)性能，如模量、強(qiáng)度等，都會(huì)發(fā)生明顯下降，加工溫度若超過200℃時(shí)，聚氨酯將發(fā)生熱降解，遠(yuǎn)不能滿足有耐熱性需求材料的要求，這在一定程度上限制了水性聚氨酯的應(yīng)用領(lǐng)域。

水性聚氨酯的耐熱性主要取決于分子鏈結(jié)構(gòu)和分子的聚集態(tài)，通常用軟化溫度和熱分解溫度來衡量。異氰酸酯的種類對(duì)水性聚氨酯的耐熱性能影響很大，一般來說，異氰酸酯的剛性、規(guī)整性、對(duì)稱性越好，水性聚氨酯材料的熱穩(wěn)定越高。二元胺擴(kuò)鏈劑能形成脲鍵，脲鍵的極性和氫鍵作用大于氨酯鍵，因此耐熱性要好于二元醇擴(kuò)鏈劑；此外擴(kuò)鏈劑對(duì)稱性越高，耐熱性越好。聚酯型聚氨酯含強(qiáng)極性的酯基，軟段上的極性基團(tuán)能部分與硬段上的極性基團(tuán)形成氫鍵，使硬段相能更均勻地分布于軟段相，起到彈性交聯(lián)點(diǎn)的作用，因此聚酯型聚氨酯的耐熱性、耐熱降解性比聚醚型的要好。

除了尋找符合要求的合成原料，還可以通過復(fù)合共聚改性提高水性聚氨酯的熱穩(wěn)定性。目前改進(jìn)水性聚氨酯耐熱性的主要方法是利用耐熱性好的成分對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行改性，如硅酸鹽改性、丙烯酸酯改性、有機(jī)膨潤(rùn)土改性等。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種耐高溫水性聚氨酯及其制備方法。本發(fā)明的水性聚氨酯經(jīng)由耐熱性佳的原料合成得到，并通過環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅的雙重改性大大提高了其耐高溫性。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種耐高溫水性聚氨酯，包括以下重量份的組分制得：

芳香族聚酯多元醇20-60份，

芳香族多異氰酸酯10-20份，

小分子擴(kuò)鏈劑2-8份，

親水性擴(kuò)鏈劑2-8份，

催化劑0.01-0.05份，

二苯基二硅醇改性環(huán)氧樹脂4-8份，

羥烷基封端甲基苯基硅氧烷5-15份，

中和劑2-8份，

去離子水40-100份。

環(huán)氧樹脂是分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物。除環(huán)氧基以外，環(huán)氧樹脂中還含有羥烷基官能團(tuán)，在與水性聚氨酯的反應(yīng)過程中，可以向水性聚氨酯的主鏈中引入更多的支化結(jié)構(gòu)，形成部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善水性聚氨酯涂膜的抗張強(qiáng)度、耐水性、耐熱性、耐溶劑性和耐化學(xué)品性。在催化劑存在下，異氰酸酯基團(tuán)(-NCO)會(huì)和環(huán)氧基反應(yīng)生成惡唑烷酮環(huán)，含該結(jié)構(gòu)的聚合物通常呈高耐熱性。

此外本發(fā)明選用改性的環(huán)氧樹脂作為原料對(duì)聚氨酯進(jìn)行改性，二苯基二硅醇改性后的環(huán)氧樹脂能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品的耐熱性。

有機(jī)硅是硅烷單體及聚硅氧烷的統(tǒng)稱，聚有機(jī)硅氧烷是一種分子鏈主鏈上含有重復(fù)的Si-O鍵，有機(jī)基團(tuán)直接鍵接在硅原子上的聚合物。有機(jī)硅的這種特殊結(jié)構(gòu)和組成，賦予它具有較好的耐高溫、耐水性、耐候性和優(yōu)良的透氣性及低表面能等優(yōu)點(diǎn)，用其改性的水性聚氨酯必能大大提高WPU的耐溫性和耐水性。聚合物改性的方式一般分為共混改性和共聚改性兩種，但在有機(jī)硅改性水性聚氨酯時(shí)，由于有機(jī)硅與聚氨酯溶度參數(shù)相差很大，簡(jiǎn)單共混、原位聚合或是形成互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物的結(jié)果，都不令人滿意；而通過含有端羥烷基或端氨基的聚硅氧烷與二異氰酸酯或擴(kuò)鏈劑進(jìn)行共聚反應(yīng)，是有機(jī)硅對(duì)WPU改性較為有效的途徑。

此外本發(fā)明選用改性的有機(jī)硅作為原料對(duì)聚氨酯進(jìn)行改性，改性后的硅氧烷分子鏈上連有苯基，能夠進(jìn)一步提高耐高溫性能。

并且由于上述有機(jī)硅和環(huán)氧樹脂是預(yù)改性的，也克服了在制備改性聚氨酯過程中由于反應(yīng)時(shí)間較短，改性物無法被充分接枝的的技術(shù)問題。

本發(fā)明通過環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅雙重改性，可協(xié)同增強(qiáng)水性聚氨酯的耐熱性，并在其他性能上實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

作為優(yōu)選，所述芳香族聚酯多元醇選自苯酐聚酯多元醇、對(duì)苯聚酯多元醇；所述苯酐聚酯多元醇、對(duì)苯聚酯多元醇的分子量為900-1100或1900-2100。