[发明专利]一类玻纤用水性聚氨酯成膜剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域和玻纤技术领域，具体涉及一类玻纤用水性聚氨酯成膜剂及其制备方法。 

背景技术

浸润剂原材料及配方技术是体现各类玻纤制品（包括纱、布、毡）内在质量的最关键技术，也是玻纤生产中必不可少的工业消耗品。行业中常将其重要性等同于IT行业的“芯片制造技术”。国际上这两项技术和产品分别属于两个行业（精细化工行业和玻纤行业）。其技术核心分为两部分：一是浸润剂原材料组分中最重要的组分成膜剂的合成制造技术—“芯片制造技术”；二是浸润剂中各组分选择的配方应用技术—“芯片组合技术”。上述两项技术在国内专业化、系列化程度均不高，且两项技术相互交叉，造成国内浸润剂原材料及配方技术仅处于国际中低档水平的局面。随着池窑技术在国内的迅猛发展和产品大量外销，越来越多的厂家意识到玻纤制品的竞争很大程度上依赖于浸润剂原材料及配方技术，由于该技术直接关系到各类玻纤制品（包括纱、布、毡）内在质量，已经成为各大玻纤生产企业保持可持续发展的核心竞争力之一。 

从浸润剂配方技术方面来看，国内各大玻纤厂，尤其是大型池窑生产线，已有多年生产实践经验的积累，已具备较为完善的开发、研制浸润剂配方，调试浸润剂配方的能力，能够较好地满足玻纤生产专业化、规模化的需要。但受限于玻纤产品系列化浸润剂原材料研发制造瓶颈，表现为高端成膜剂材料依赖 进口，尚未形成成膜剂原材料的自主创新或专控渠道，高端玻纤产品的市场占有率很低。少数有原材料研发生产能力的企业有待于进一步完善，研发生产能力的力度和深度还有待于进一步加强。而相当数量的中小型玻纤企业还不具备研发、调试浸润剂配方的能力，石蜡型浸润剂、711、811浸润剂等老配方几十年如一日，仍在使用，玻纤产品质量在低水平范围内循环。而一些市场急需和前景看好的高端玻纤产品，如LFTP用无捻粗纱、高质量的短切纱、喷射、SMC纱、增强高压环氧管道的缠绕无捻粗纱等品种尚与国外产品存在较大差距。中小型坩埚法玻纤虽然生产上具有批量小、更换品种快，不需要分束、分拉等优势，但受限于浸润剂的配方技术瓶颈暂时无法生产多品种、高利润、小批量的玻纤产品。 

成膜剂大致可分为五类即环氧成膜剂、聚酯树脂成膜剂、PVAc类成膜剂、丙烯酸酯乳液成膜剂及聚氨酯乳液成膜剂。 

其中，聚氨酯乳液以其优异的性能，成为浸润剂成膜剂中发展最快的一种新型成膜剂，聚氨酯乳液通常是由聚醚、聚酯、二元醇与异氰酸酯，先制成预聚体，并用扩链剂扩链，再加水分散制得。通过采用不同结构的二元醇，不同品种的异氰酸酯及扩链剂，可以调节氨酯基在分子中的间隔大小及软段硬段比例、合成性能差异很大的聚氨酯乳液。 

水性聚氨酯（WPU）是以水作为分散介质的聚氨酯，它可制成水溶性的胶乳型的、乳液型的，它具有聚氨酯固有的高强度、耐磨性、高弹性等优异性能。由于其具有高极性及高化学性能的氨酯基团，对相对化学惰性大的热塑性材料具有很强的粘结力及界面结合能力，所以广泛应用于增强热塑性塑料用玻纤短切纱浸润剂。同时实践证明，在浸润剂配方中只要添加少量的聚氨酯乳液，即可有效提高玻纤纱的集束性、短切性和耐磨性。 

国内目前还无法大量生产浸润剂专用高质量的聚氨酯乳液，基本上依靠进口，价格昂贵。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一类玻纤专用的高质量水性聚氨酯成膜剂及其制备方法，以满足玻纤产品的高端需求。 

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 

本发明的玻纤用水性聚氨酯成膜剂，具有下述通式（I）～（IV）的结构： 

其中，所述的E为 

优选的，所述的A为C.O.（蓖麻油）基团、 或 其中n₁、n₂、n₃、x、y均取自满足A的分子量为1000～2000的自然数； 

优选的，所述的D为或

优选的，所述的Q为或

本发明也提供了一种制备上述水性聚氨酯成膜剂的方法，包括下述步骤： 

（1）将熔融的一种或多种大分子多元醇投入到带有冷凝器的真空装置中，搅拌并升温至100±3℃进行抽真空脱水2～2.5h，直至物料的含水量低于0.3wt％； 

（2）降温至50～60℃，缓慢加入二异氰酸酯，加完后搅拌10～15min，加入催化剂，将物料缓慢升温至80±5℃，继续反应1～1.5h，直至NCO含量达到理论值附近；