[发明专利]一种高固含量水性聚氨酯树脂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料合成领域，具体涉及一种高固含量水性聚氨酯树脂乳液及其制备方法。

背景技术

传统的合成革产业一般采用溶剂型的PU树脂作为生产合成革的面层和基层材料。传统的溶剂型聚氨酯粘合剂和涂料产品，由于使用大量的有机溶剂，如二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等。即对环境造成污染，又对相关产业的工人身体健康造成损害，而且易燃易爆极易引发火灾事故。而且有机溶剂的使用造成很大的资源浪费。随着市场国际化进展的加快和人们环保意识的加强，这些问题已引起社会的广泛关注。

目前国内生产研究聚氨酯树脂的单位较多，但是能成功应用于人造革、合成革制造的较少。一般的水性聚氨酯树脂固含量为20-30%，大量水分蒸发所需热能高，干燥速度慢，不适应人造革的生产工艺。中国专利CN103073876A《一种芳香族高固含水基聚氨酯的制备方法》公开了一种通过将端基封闭的聚氨酯预聚体分散到含活性端基的水基聚氨酯中得到复合乳液的合法成方，其工艺较复杂，操作繁琐。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种工艺简单的高固含量水性聚氨酯树脂及其合成方法，通过提高其固含量，加快成膜干燥速度，从而使其适应合成革的生产工艺。

本发明所述水性聚氨酯树脂主要是由以下重量份数的原料制备而成的：

多元醇100-150份，二异氰酸酯30-60份，催化剂0.01-0.04份，亲水性扩链剂9-20份，多元醇扩链剂4-10份，三乙胺6-15份。

本发明所述的多元醇采用下列物质中的一种或几种组合：聚己二酸型聚酯二醇、聚己内酯二醇、聚四氢呋喃二醇。

优选的，本发明所述的多元醇的数均分子量为1000-3000。

本发明所述的二异氰酸酯采用下列物质中的一种或几种组合：1,6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯。

本发明所述的催化剂采用下列物质中的一种或几种组合：辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡。

本发明所述的亲水性扩链剂采用下列物质中的一种或几种组合：二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸。

本发明所述亲水性扩链剂是指含有羧基的亲水性的扩链剂，不包括含有羟基或其他含亲水性基团的扩链剂。

本发明所述的多元醇扩链剂采用下列物质中的一种或几种组合：三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种水性聚氨酯树脂的制备方法，主要包括以下步骤：

⑴  聚氨酯预聚体的制备：将多元醇、二异氰酸酯、催化剂在60-90℃温度下反应1-2.5小时，再加入亲水性扩链剂、多元醇扩链剂扩链反应1.5-4小时，直到-NCO的含量不再变化时得到预聚体；

⑵  中和反应：将步骤（1）所述预聚体降温至30-50℃，加入三乙胺中和反应20-40分钟；

⑶  水性聚氨酯的制备：在高速分散机的高速剪切作用下，向步骤（2）的反应液中加入去离子水，乳化0.5-1小时，制得水性聚氨酯。

根据本发明实施方式之一，步骤⑴中所述小分子扩链剂先溶解于N-甲基吡咯烷酮（NMP）中再加入反应体系。

根据本发明另一实施方式，在步骤⑵之前，先加入预聚体总质量10-20%的丙酮。

优选的，在步骤（3）乳化结束后用真空减压方法脱去丙酮。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、              本发明采用水性材料替代有机溶剂型材料从源头上消除了有机溶剂造成的环境污染和资源浪费，挥发性有机溶剂（VOC）含量低，显著改善劳动者就业环境，满足了欧盟生态合成革要求，有利于行业的可持续发展，提高了合成革产品的国际市场竞争力。

2、              本发明提供的制备方法引入了多官能度单体，在不影响乳化分散的情况下，赋予聚氨酯分子链适度的交联度，得到高性能的水性聚氨酯。

3、              本发明提供的制备工艺降低了预聚体反应和分散过程的难度，简化了合成过程，对设备要求降低，生产工艺简单。

4、              本发明提供的制备工艺能很好的控制聚氨酯分子链结构，使水性聚氨酯拥有优良的力学性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

原材料配方配比采用下限值，配方如下（单位：kg）：

聚己内酯二醇（数均分子量为2000）：100