[發明專利]一種可反應性水性聚氨酯的制備方法

在審

• 申請號: 202011453495.5
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112661933A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 廖學明;王朝旭;賈佩萱;李革;廖顯成;羅運
• 申請（專利權）人: 武漢弘毅共聚新材料科技有限公司
• 主分類號: C08G18/80
• 分類號: C08G18/80;C08G18/08;C08G18/12;C08G18/34;C08G18/32;C08G18/42;C09D175/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明提供一種可反應性水性聚氨酯的制備方法，首先將低聚物多元醇、催化劑和親水性單體加入盛有離子液體的反應容器，在70?90℃下攪拌混合均勻；之后降溫至室溫，加入芳香族二異氰酸酯反應0.5?1小時，升溫至60?80℃保溫反應2?4小時；之后加入擴鏈劑反應1?2小時，再加入封端劑反應1?2小時；之后降溫至30?40℃，加入有機堿中和至弱堿性。之后滴加去離子水，攪拌分散；最后滴加含封閉型固化劑的水溶液，攪拌混合0.5?1小時，得到一種可反應性水性聚氨酯。本發明有效地解決了材料的VOC排放問題，實現了材料合成的“可控聚合”及產品的“高固低粘”之目標。所制得的材料經外交聯反應形成梯形或網絡結構，使其具有優異的熱穩定性及力學性能。

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，涉及一種聚氨酯的制備技術，具體涉及一種可反應性水性聚氨酯的制備方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，環境污染/氣候變化已成為全球關注的主要問題之一。世界各國針對化工產品有機揮發物(VOCs)的排放量制定了嚴格的限量標準。中國已開始對溶劑型化工產品開征消費稅，以促使產業轉型或升級。在高分子材料領域，以有機物作為溶劑的高分子材料體系向水性化轉化是一個重要的發展方向。因此，以水為溶劑的環境友好型高分子材料的研究便成為研究的熱點。

聚氨酯作為一類應用十分廣泛的高分子材料，在我國的研究和應用開發已有多年的歷史。但在實際應用中，要求聚氨酯材料完全水性化且具有高固含量低粘度(高固低粘)的特性仍然是當前產品開發的難點；另外，和溶劑型聚氨酯材料相比，水性聚氨酯材料的聚合技術還不成熟，材料的綜合性能仍有相當的差距，通過活性可控聚合的方法有望實現材料綜合性能的大幅提高。然而，活性可控聚合屬于高分子科學的前沿研究領域，突破這一聚合技術的難度非同小可。盡管如此，探索活性可控聚合、合成具有“高固低粘”、環境友好的水性聚氨酯材料就顯得尤為重要，不僅具有重要的研究意義和實用價值，還可以產生巨大的經濟效益。

離子液體是由陰陽離子組成的有機熔融鹽，具有重要的應用價值。文獻《離子液體改性聚氨酯的研究進展》(周成飛，橡塑技術與裝備)等研究了離子液體用于改性聚氨酯的案例，但是現有技術中都是把離子液體當作反應物改性參與聚氨酯的合成，還沒有公開將離子液體作為反應介質使用的先例，基于以上問題，發明了一種利用離子液體作為反應介質的可反應性水性聚氨酯的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可反應性水性聚氨酯及其制備方法，該方法以離子液體作為反應介質，通過聚加成反應，得到具有活性官能團(羥基、氨基、羧基或環氧基)封端的聚氨酯預聚體，再加水分散，最后加入封閉型固化劑，得到可反應性水性聚氨酯。該反應以離子液體作為反應介質，以水為溶劑作為分散介質，所合成的聚氨酯材料環境友好；活性官能團封端的聚氨酯預聚體與封閉型固化劑在一定的條件下能夠共存，從而可以得到“高固低粘”的聚合物樹脂，有利于應用及加工成型；應用施工后，在一定的溫度下，封閉型固化劑解封，與聚氨酯預聚體的封端基團發生外交聯反應形成高密度的交聯網狀結構，從而實現了水性聚氨酯材料的可控聚合。

該水性聚氨酯材料具有良好的成膜性，膜的綜合性能(如耐水性能、耐溶劑性能、耐磨耐刮傷性能、耐高溫性能、硬度和強度等)明顯大幅提高，使得材料極具實際應用價值。所發明的一種可反應性水性聚氨酯可以作為高端涂層及封裝材料應用在電子器件、醫療器械、生物醫藥等領域。

本發明制備方法主要解決了現有水性聚氨酯的合成工藝及產品性能所存在的不足：1)發明了以離子液體作為反應介質，與傳統的溶劑法相比較，合成工藝對環境友好；2)以純凈水為分散介質，體系不含助溶劑或成膜助劑等有機揮發物，VOC排放量趨近于零，產品綠色環保；3)在分子結構設計方面引入了可反應性的活性官能團，再加入一定量的封閉型固化劑，使其發生外交聯反應，得到高密度的交聯網狀結構，大大提高材料的機械性能，實現了水性聚氨酯材料的可控聚合；4)該方法可得到“高固低粘”的聚氨酯水分散體，有利于加工成型及應用施工。

本發明的一種可反應性水性聚氨酯的制備方法，具體包括以下步驟：