[發明專利]無溶劑水性聚氨酯分散體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711049515.0
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107964104B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 盛興豐;朱彥;馬寧;崔燕軍;唐勁松
• 申請（專利權）人: 上海華峰新材料研發科技有限公司
• 主分類號: C08J3/03
• 分類號: C08J3/03;C08G18/76;C08G18/75;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/44;C08G18/32;C08L75/08;C08L75/06;C08L75/04
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 羅大忱

本發明提供了一種無溶劑水性聚氨酯分散體及其制備方法和應用，制備方法包括如下步驟：(1)將聚合物二元醇、二異氰酸酯、小分子二元醇、低熔點二端羥基“Y”型側鏈親水擴鏈劑和催化劑，分別預熱，輸入到雙螺桿反應器中反應，獲得聚氨酯熔體；(2)注入到剪切泵中，同時將帶有表面活性劑的水注入剪切泵剪切分散；(3)降溫降壓，攪拌，得到所述的無溶劑水性聚氨酯分散體。本發明解決了高粘度水性聚氨酯熔體的合成、分散、乳化等工藝難題，提高了生產效率和產品批次的穩定性；無需使用價格較貴的親水擴鏈劑，能夠用于合成革、膠黏劑、涂料、織物涂層、整理劑、基布底料樹脂、面層樹脂、粘結層樹脂、中間層樹脂或發泡層樹脂。

技術領域

本發明涉及水性聚氨酯分散體的生產方法。

背景技術

水性聚氨酯分散體以水作為分散介質，在使用過程中僅有水揮發進入大氣，對環境無不良影響。同時采用水作為分散介質使得水性聚氨酯分散體還具有無毒，無味，不燃，不爆安全的特點。水性聚氨酯分散體作為一種綠色環保高分子材料應用極為廣泛，替代油性聚氨酯樹脂也是大勢所趨，目前已大范圍應用于合成革、膠黏劑、建筑涂料等各個領域。

水性聚氨酯自上世紀60年代末工業化以來發展極為迅速，但是其生產工藝還是間歇法和半連續法，均涉及反應釜中預聚。預聚過程中最大的問題是反應釜通常難以處理高粘度體系，因此預聚過程通常需要添加有機溶劑降低聚合體系粘度或者將預聚物的分子量控制于極低水平。預聚反應結束后，將物料轉移到分散釜進行中和和分散，再在脫溶釜進行除溶劑。該種工藝制備的水性聚氨酯分散體往往會出現或者分子量低、性能差、批次不穩定，或者生產過程需要大量的溶劑參與，而且這些溶劑簡單回收純化后仍不能參與聚合過程，造成制造成本大大增加，同時乳化時對設備要求很高，大規模生產效率低下，一般從投料到出料需要12-16小時。

對此不少本行業先驅者們研發了一種新型的水性聚氨酯制備工藝，即離聚體法工藝，又稱“粒料法”工藝。它的核心思路用雙螺桿反應器制備聚氨酯離聚體顆粒，再將該離聚體在溶劑中溶解后去除溶劑，得到高固含水性聚氨酯分散體。由于該過程采用無溶劑參與的本體聚合工藝和無反應參與的乳化工藝，因此能大大提高分散體的分子量以提升并穩定性能，又實現了溶劑不需純化即可回收使用，大大降低了水性分散體的生產成本。國內外也有大量的工作者曾經或現在依舊在這方面進行大量的研究工作。

專利CN 102336881A公布了用聚酯多元醇、二異氰酸酯、小分子擴鏈劑和親水單體，采用雙螺桿擠出機或澆注機也制備出了水性聚氨酯離聚體用于水性聚氨酯膠黏劑，并取得了很好的效果；專利CN 102633971A在原料進入雙螺桿反應器以前預先進行簡單預聚或用吡咯烷酮(NMP)來溶解DMPA，來實現DMPA的精確計量，高溫高壓乳化技術以減少生產過程中溶劑的使用量，大大提高了水性聚氨酯的生產效率和降低環境污染，但是并未解決少量溶劑下的預聚物粘度瞬間提升所帶來的作業困難問題。

專利CN103382253B用甘油單馬來酸酐酯和甘油單丁二酸酯來替代DMPA，以實現親水擴鏈劑在小分子二元醇中的溶解，以實現其精確計量，從而順利穩定地制備出水性聚氨酯離聚體，再在丙酮中溶解、三乙胺中和、水中分散后，除去丙酮即得30-60％的水性聚氨酯分散體，而且該工藝特別適合制備MDI基高性能水性聚氨酯分散體，可廣泛應用于水性聚氨酯合成革、膠黏劑等領域。

以上這些工作均采用了雙螺桿技術來制備聚氨酯熔體，依次溶解、成鹽、分散、脫溶等工藝制備水性聚氨酯分散體，而溶劑不經提純即可重復使用。

上述這些工藝解決了水性聚氨酯分散體分子量偏小的缺陷和溶劑的簡易回收，但是沒有涉及如何將脲基結構反應到聚氨酯中，而且分散、乳化過程中依舊無法擺脫對溶劑的依賴，無法真正制備既環保又有高性能、高附加值的水性聚氨酯分散體。

發明內容

本發明的目的是提供一種連續式無溶劑水性聚氨酯分散體及其制備方法和應用，以克服現有技術存在的缺陷。

本發明的方法，包括如下步驟：