[发明专利]一种聚氨酯及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的、水溶型或者水分散型聚氨酯，适合作为含水体系的增稠剂，该聚氨酯增稠剂能够对含水体系进行增稠进而改变其流变行为。本发明还涉及该聚氨酯的制备方法及其应用。

背景技术

随着对环保要求的逐渐提高，水性涂覆体系目前已经得到了广泛的应用，如水性乳胶涂料、胶黏剂、化妆品、印刷油墨等。为改善含水体系的储存和施工性能，通常加入助剂来调节体系在不同剪切条件下的粘度和流变性能，这类助剂通常被称为增稠剂。除能够提供体系所需的粘度外，这类助剂有时也能够改善体系的流动性能、体系中颜填料的分散、涂覆体系的附着性等性能。

传统的含水体系用增稠剂主要为水溶性高分子，分子结构完全亲水，不含疏水结构，如纤维素类和丙烯酸类增稠剂，这些增稠剂通过与体系中的水分子形成氢键达到对水相增稠的目的。这类增稠剂能有效的提高体系的低剪切粘度，但是剪切增加时粘度迅速降低，涂覆过程中易产生飞溅、涂膜不丰满，涂膜光泽下降等缺陷。

缔合型增稠剂是一种多年来已经公知的，用于含水体系的增稠剂。通常，缔合型增稠剂含有一个亲水的主要组成部分，该部分为亲水的聚合物链，其通过共价键与疏水的基团连接在一起构成缔合型增稠剂。在含水体系中，这类增稠剂上的亲水部分通过与水形成氢键，确保增稠剂分子在水中的溶解或分散；在水性体系中，增稠剂上的疏水部分桥连到含水体系中可形成疏水缔合作用的乳液、固体颗粒和胶束上形成空间立体网状结构，实现对含水体系的增稠。此类增稠剂可分为疏水碱溶胀型增稠剂(HASE)和聚氨酯缔合性增稠剂(HEUR)和其他类型缔合性增稠剂。其中加入HEUR的含水体系具有更优异的流平性能，优异的涂膜丰满度和成膜的高光泽，因而得到广泛的应用。

缔合型增稠剂的制备通常是通过如下方式来实现的：双官能度大分子醇和双官能度的异氰酸酯进行加聚反应，生成醇封端的聚合物，加入带疏水链段的单官能度异氰酸酯形成疏水封端的聚氨酯增稠剂；或双官能度醇和双官能度的异氰酸酯进行加聚反应生成异氰酸酯基封端的聚合物，通过加入单官能度的反应物(如单官能的醇)封闭聚合物，形成带有疏水基团的水溶性或者水分散体。这一合成方式在US4079028与US4155892中有过报导。

US4079028中虽已经提及可以采用单官能胺代替单官能度醇作为封闭基团封闭高分子链，但并未提及特定结构的单胺封端的聚氨酯增稠剂的性能特点。众所周知，聚氨酯型增稠剂中起增稠作用的决定性因素是其疏水端，传统的聚氨酯增稠剂的疏水基团多为支链或者支链的醇和胺。因此，某些特殊疏水封端基团的聚氨酯增稠剂会在增稠效率及其他方面能获得更优良的性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种聚氨酯增稠剂及其制备方法。该聚氨酯为一种新型的、水溶型或者水可分散型聚氨酯。

本发明的另一目的是在于提供一种聚氨酯增稠剂制剂及其在含水涂覆体系、粘合剂和其他含水体系中的应用。与市场销售的产品相比，本发明中使用的封端结构疏水性较大，在增稠剂中形成疏水缔合的能力更强，因此此类增稠剂的增稠效率有较明显的提高，且加入此类增稠剂的水性涂覆体系的抗分水性、颜料的抗絮凝性能均有较好的改善。

为了实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：

一种聚氨酯，其结构如下所示：

其中，

R和R’为或且R与R’相同或者不同；

U是脲键：

A是聚醚二元醇残基；

B、C、D为二异氰酸酯残基；

m为1～10的任意整数。

所述聚醚二元醇残基为聚乙二醇(PEG)残基、聚丙二醇(PPG)残基、聚乙二醇-聚丙二醇(PEG-PPG)残基、聚丁二醇残基中的一种或两种或多种。其中，形成聚醚二元醇残基的聚醚二元醇的聚合度为90～455，分子量为500-20000道尔顿，优选分子量为2000-15000道尔顿。

所述二异氰酸酯残基为脂肪族二异氰酸酯残基或者芳香族二异氰酸酯残基中的一种或两种或多种，优选脂肪族二异氰酸酯残基。其中脂肪族二异氰酸酯残基优选为1，6-己二异氰酸酯(HDI)残基、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)残基、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)残基中的一种或两种或三种；或芳香族二异氰酸酯残基优选为甲苯二异氰酸酯(TDI)残基、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)残基中的一种或两种。

本发明中所述聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

a)过量的二异氰酸酯与聚醚二元醇缩聚反应，形成异氰酸酯基封端的高分子链段；