[發明專利]一種零VOC水性聚氨酯分散體及制備方法

在審

• 申請號: 201811135853.0
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109265648A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 鄭力銘;邱元進;饒長貴;陳國棟
• 申請（專利權）人: 福建華夏藍新材料科技有限公司
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/34;C08G18/12;C09J175/06;C09J175/08;C09J175/04
• 代理公司: 福州市博深專利事務所(普通合伙) 35214
• 代理人: 林志崢

本發明公開了一種零VOC水性聚氨酯分散體，屬于膠黏劑領域，其有效成分為一種陰離子型的水性聚氨酯乳液，所述零VOC水性聚氨酯分散體包括雙羥基聚合物、多異氰酸酯、親水劑、尿素和擴鏈劑；本發明同時公開了所述零VOC水性聚氨酯分散體的制備方法。本發明提供的一種零VOC水性聚氨酯分散體，采用含有環氧基和醛基的擴鏈劑制備水性聚氨酯分散體，即將熔融分散法中用到的甲醛水溶液擴鏈劑替換成其他的N?烷基化試劑，制備方法簡單，不含有丙酮、甲醛等揮發性有機物，能夠合成零VOC的水性聚氨酯分散體，對人體和環境友好，達到真正綠色環保的目的。

技術領域

本發明屬于膠黏劑領域，具體涉及一種零VOC水性聚氨酯分散體及制備方法。

背景技術

水性聚氨酯的連續相為水，具有安全，易保管存儲、使用方便、成本低等優點，被廣泛應用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑。但隨著人們環保意識的逐漸加強，以及國家對節能減排的控制，低VOC(揮發性有機化合物)甚至零VOC的水性聚氨酯新材料的應用研究引起了更為廣泛的關注。目前，水性聚氨酯的制備通常采用丙酮法、預聚體混合法和熔融分散法，基本原理是通過在聚氨酯預聚體分子鏈上引入適當的親水基團，在水中分散形成穩定的乳液。

丙酮法屬于溶液法，是將端異氰酸基預聚體溶于低沸點能與水互溶的溶劑中(丙酮最常用，因此亦稱丙酮法)，與親水性官能基的化合物反應，生成聚氨酯離聚物，加水攪拌實現相轉移，再用蒸餾法回收丙酮，得水性聚氨酯乳液。如申請號為201810285866.X的中國專利，公開了一種石墨烯-碳納米管/水性聚氨酯復合材料的制備方法，該方法添加適量的丙酮調節粘度，獲得-NCO封端的線性聚氨酯預聚體，最后減壓蒸餾除去丙酮，制得石墨烯-碳納米管/水性聚氨酯復合材料，該方法工藝成熟，得到的水性聚氨酯分散體性能穩定性優良，但需回收有機溶劑，增加了生產工藝的復雜性，且由于無法將有機溶劑完全蒸出，所得的水性聚氨酯分散體普遍有一定的氣味，環保性能和使用體驗較差。

預聚體混合法，該方法先生成分子量較低的預聚體，用溶劑稀釋降低粘度，再擴鏈的方式進行反應。與丙酮法比較，預聚體混合法可大大降低溶劑的使用量，近年來發展迅速，但預聚體混合法生成的預聚體分子量較低，即使經過后續的反應，其力學性能仍會受到影響，對于某些領域的應用，預聚體混合法生產的水性聚氨酯分散體性能不如丙酮法所得的水性聚氨酯分散體。

熔融分散縮合法，該方法是先合成端基為異氰酸酯基的低粘度的預聚物，再加入尿素或者NH₃在本體中進行反應，生成聚氨酯雙縮二脲或含有離子基團的端脲基低聚物。由于該類端脲基低聚物不含有活潑的-NCO基團，很容易分散在水中而不需要任何有機溶劑，采用該種熔融分散聚合法理論上能夠制備無需溶劑分散的水性聚氨酯。但是現有的工藝方法通常是在得到的縮二脲低聚物基礎上，采用一定濃度的甲醛水溶液對其進行擴鏈反應，得到較高分子量的聚氨酯-脲聚合物，但在制備過程中使用甲醛水溶液進行擴鏈反應，并不能真正的達到綠色環保的目的。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是：提供一種零VOC水性聚氨酯分散體，以及不使用甲醛、丙酮等有機溶劑制備較高分子量的零VOC水性聚氨酯分散體的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：提供一種零VOC水性聚氨酯分散體，其結構通式為：

其中，M為擴鏈劑，M的結構中含有環氧基和醛基，R5的結構式為：

其中，R1和R3為由2-10個亞甲基組成的直鏈脂肪烴基；

R2的結構式為

X為羧基或磺酸基。

上述零VOC水性聚氨酯分散體的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備含親水基的聚氨酯預聚體：