[发明专利]高强度聚氨酯水分散体的制备方法

说明书

本发明涉及高分子化合物的制备方法，具体是一种高强度聚氨酯水分散体的制备方法。

水分散聚氨酯在拉伸强度、耐湿擦等机械性能方面均未能达到溶剂型聚氨酯的水平。传统的聚氨酯水分散体的合成工艺中，为了确保高分子量的聚氨酯在水中顺利分散，使用大量的有机溶剂作稀释剂。如拜耳公司的专利(U.S.Pat.4，870，129)中使用了40％-80％的丙酮作助分散的稀释剂。这种方法大幅度提高了生产成本，如果乳化后须将丙酮馏出，同时又增加了环保的难度，这是许多工业生产所不希望的。

为了提高水分散聚氨酯的性能，拓宽其应用范围，出现了双组分聚氨酯水分散体，以期通过掺混、配制技术使其达到某些应用的要求。人们作了大量的研究工作，如U.S.Pat.5，389，718中室温固化的水分散聚氨酯合成方法是将分子链中带氨基甲酸酯基团、阴离子基团的端羟基聚合物组分的水分散体与多异氰酸酯的水分散体按一定比例混合反应而成的。在合成每一组份时羟基及异氰酸酯的官能度，氨基甲酸酯基团、阴离子基团的含量都要严格控制，否则对合成的水分散聚氨酯的性能影响很大。而双组分在配制过程中由于受到物料的化学性质、热力学参数及胶体动力学的影响，容易使分散体粒度增大，产生相分离，甚至引起凝聚，使配制工艺变得复杂且效果不如人意。

第三种方法是通过添加多官能度的内、外交联剂以提高水分散聚氨酯薄膜强度。如：使用小分子三羟甲基丙烷、三乙醇胺参与预聚反应，或使用多官能度的扩链剂来交联聚氨酯链，这些内联剂的加入使聚合物粘度过大引起凝胶，导致乳化困难。而环氧化合物、多元胺类、氮丙啶等外交联剂在使用前加入分散体，会导致乳液颗粒粗化，产生沉淀影响乳液稳定性，同时使聚氨酯薄膜失去高弹性及柔软性。有研究人员在聚氨酯分子链上引入不饱双键进行交联，如：专利CN.1136054中使用含不饱和双键的聚醚或聚酯多元醇制备乙烯基单体聚氨酯用来制作避孕套。但是其成膜物必须在80℃以上的高温下进行交联反应才具有较高的强度，使水乳液的应用范围受到限制。

避免使用有机溶剂的另一种方法是将聚氨酯预聚体溶于乙烯基单体中，用水分散后，进行乙烯基加聚反应，形成互穿聚合物(CN1185454)。但是，此方法所得到的水分散体强度较低，可以用作粘结剂，织物整理剂等，不能满足一些特殊的应用的要求(如：制作避孕套)。

本发明的目的是为公众提供的一种成本低廉，工艺简单的高强度聚氨酯水分散体的制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明的技术方案是：将脂肪族或芳香族的二异氰酸酯与聚酯或聚醚二元醇以1.5-2.1∶1的摩尔比在40～90℃进行预聚反应1～6小时，反应过程中可以使用或不用锡类催化剂；预聚完毕后，加入占聚合物总量的20～80％的乙烯基单体作稀释剂，并加入与剩余异氰酸根摩尔比为0.5～0.9∶1的低分子的二元醇或二元胺类扩链剂进行扩链反应1～4小时，以增加聚合物的分子量；扩链完毕后，将体系降温至28～35℃，加入占聚合物总量的2～8％胶体稳定剂，在占聚合物总量的0.5～3％表面活性剂的存在下进行水分散；待乳液稳定后按常规方法进行乙烯基单体的聚合，获得高强度聚氨酯的互穿聚合物水分散体。

上述方案中：(1)用于制备分散体的异氰酸酯可以根据制膜的需要选择脂肪族或芳香族的二异氰酸酯如：4，4｀-二苯基-甲烷二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基异氰酸酯、多苯基多异氰酸酯、4，4｀-二环己基甲烷二异氰酸酯、环己基二异氰酸酯等化合物。

(2)合成聚氨酯的羟其化合物可以使用聚酯或聚醚二元醇，其数均分子量范围为300-5000，平均羟值范围30-150。适宜的聚酯二元醇是由己二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、马来酸等与乙二醇、1，2｀-丙二醇、1，4-丁二醇、己二醇、新戊二醇等制备的。聚醚二元醇是由环氧丙烷、四氢呋喃与多元醇(如乙二醇、1，2｀-丙二醇和1，4｀-丁二醇)的缩合产物。如聚四氢呋喃醚、环氧丙烷环氧乙烷共聚醚二元醇、聚己二酸1，4-丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚氧化丙烯二醇、聚己二酸一缩二乙二醇酯二醇等。