[发明专利]一种具有良好冻融稳定性的水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种具有良好冻融稳定性的水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是以聚氨酯树脂为基料、以水代替有机溶剂作为分散介质的新型高分子材料。它不但保留了传统溶剂型聚氨酯的一些优良性能，还具有无毒、不燃、不污染环境及节约能源等优点，受到人们的重视。作为新型的绿色环保材料，目前在轻纺、印染、皮革加工、木材加工和建筑等领域得到广泛的应用。

水性聚氨酯将聚氨酯的优点与水性本身的低挥发性有机化合物(VOC)含量相结合，符合发展涂料工业的“三前提”(资源,能源,无污染)及“四E原则”(经济Economy,效率Efficiency,生态Ecolo-gy,能源Energy)和日益强化的时代要求相适应。全球水性聚氨酯(WPU)技术已进入一个重要时期，目前正朝着多品种、多功能、低消耗、优品质等方向发展,并广泛应用于与人们生活息息相关的各个领域。

自乳化法是在聚氨酯的分子骨架中引入亲水性基团（多为可形成离子键的基团），然后将其分散于水中得到水性聚氨酯。亲水性基团是通过亲水单体存在于聚氨酯分子骨架，使聚氨酯分子具有一定的亲水性，通过亲水基团乳化聚氨酯，制得水性聚氨酯乳液，该类型的水性聚氨酯称为自乳化型水性聚氨酯。自乳化法可以通过配比反应体系中的亲水性基团与疏水性基团的不同比例，制得多种类型的水分散型和水溶型聚氨酯。采用自乳化法制得的水性聚氨酯具有分散体粒径小，成膜性、粘附性好、稳定性高等物理性能，因而发展非常迅速，是目前制备水性聚氨酯的主要方法。

陈智（CN101717489B）使用异氰酸酯20-40、含羧基聚酯20-40、扩链剂2-10、交联剂1-3、中和剂3-10、环氧树脂1-10、丙酮10-20，制备方法包括含羧基聚酯合成、备料、预聚物的合成、预聚物的中和、扩链及乳化，得到了自乳化型水性聚氨酯。马国章（CN102153984B）用聚酯多元醇、纳米二氧化硅与二异氰酸酯反应，生成-NCO端基的预聚体；添加亲水扩链剂及多元醇单体进一步反应；然后以小分子二元醇扩链；用三乙胺中和调节反应液至pH值6-7，加入占聚酯多元醇重量5-40%的丙酮降低物料黏度，用去离子水分散成淡蓝色半透明乳液；最后真空脱除溶剂丙酮，得到单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂。

但是现阶段水性聚氨酯树脂的强度不高、粘度与耐磨性也不够好，同时冻融性也较差，因而在其应用方面也受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种具有良好冻融稳定性的水性聚氨酯的制备方法。

本发明是有以下技术手段实现的：

一种具有良好冻融稳定性的水性聚氨酯的制备方法，按下述步骤进行：

（1）在20-80℃下，将氨基型笼型倍半硅氧烷加入到异氰酸酯单体的丙酮溶液中，反应至清亮；

（2）向（1）所得产物中加入乙氧基封端聚合物二醇、二元醇、多元醇和催化剂二月桂酸二正丁基锡，预聚反应过程中控制R值为1.50-3.00，60℃反应1-2h后，升温至70-90℃继续反应1-2h后降至室温；上述R值指体系中总NCO基团的摩尔数与体系中总OH基团的摩尔数之比；

（3）加水于室温进行分散；

（4）于30-50℃加入扩链剂进行扩链反应2-4h后，降至室温，得到水性聚氨酯。

所述的具有良好冻融稳定性的水性聚氨酯的制备方法，步骤（1）所述的氨基型笼型倍半硅氧烷可以为以下T8、T10、T12或T14结构中的任意一种：

R为-CH₂-CH₂-CH₂-NH₂。

步骤（1）所述的异氰酸酯单体可以为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、亚甲基-二环己基-4,4-二异氰酸酯或甲基环己基二异氰酸酯中的一种。

步骤（2）所述的乙氧基封端聚合物二醇可以为具有以下结构(I)或结构(II)中的一种：

其中n为1-1000。

步骤（2）所述的二元醇可以为聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚酯聚醚混合二元醇、聚氧化丙烯二醇、聚丁二烯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1,6-己二醇酯二醇、聚四氢氟喃二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚ε-己内酯二醇或聚碳酸酯-1,6-己二醇酯二醇中的一种。