[发明专利]一种树枝状水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性聚氨酯制备技术领域，特别涉及一种树枝状水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

树枝状大分子(dendrimer)是一类三维高度有序的新型高分子，高度支化的结构和独特的单分散性使这类化合物具有特殊的性质和功能，分子的特殊外形和内部广阔的空腔等，因而具有广泛的应用前景。Tomalia在1985年利用发散法首次合成树枝形聚酰胺-胺大分子，Hawker等人在1989年利用收敛法合成树枝形冠醚大分子，目前树枝形大分子已合成出了几十类。

聚氨酯(PU)是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。聚氨酯的研究开发最初是由Otto Bayer等人于1937年在德国勒沃库森的实验室开始的，他们通过加成聚合，利用异氰酸酯和聚醚或聚酯二醇生成一种新型的塑料-聚氨酯；到了五六十年代随着异氰酸酯和多元醇的产业化生产，聚氨酯的合成与应用也逐渐发展起来，目前我国的聚氨酯工业正处于快速发展时期。聚氨酯的结构特点都使聚氨酯涂料具有优异性能，如优异的耐磨性、耐油性、耐溶剂性等性能，应用领域涵盖皮革、造纸、纺织、涂料等，其最早、最大和最成功的应用是在皮革涂饰方面。

因此将聚氨酯与树枝状大分子结合起来，合成一种结构规整、高度支化的树枝状水性聚氨酯有着良好的发展前景。它除了具有一般树枝状大分子和聚氨酯所共有的溶解能力增强、成膜性能好等优点外，还具有良好的耐水性、热稳定性等；随着环保意识的增强及世界各国对环保要求的日益提高，以水为分散介质的水性聚氨酯也备受人们的关注，所以树枝状水性聚氨酯将会有很大的应用前景。然而，现有的溶剂型聚氨酯具有污染环境及材料不安全等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种树枝状水性聚氨酯的制备方法，制备的水性聚氨酯具有良好的耐水性、热稳定性和透水气性，并且使用过程中不会造成环境污染，使用安全。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：首先，将二异氰酸酯和多元醇混合均匀后加入二丁基二月桂酸锡或羧酸铋，于75-85℃下搅拌反应60-90min后，再于65-75℃下加入亲水扩链剂，反应1.5-3.5h后于0-20℃下加入二乙醇胺进行单端封闭，反应10-40min后再加入树枝状大分子进行接枝反应10-40min，然后在搅拌下升温至40-70℃后加入中和剂并进行中和反应10-40min，得到反应产物，最后将反应产物在分散到去离子水中，得到树枝状水性聚氨酯；

其中，二异氰酸酯和多元醇按-NCO与-OH的摩尔比为（1.5-2.5）:1混合，二丁基二月桂酸锡或羧酸铋的加入量为二异氰酸酯与多元醇总质量的0.005-0.008%，亲水扩链剂的加入量为二异氰酸酯与多元醇总质量的4-7%，二乙醇胺的加入量为二异氰酸酯与多元醇总质量的3-8%，树枝状大分子的加入量为二异氰酸酯与多元醇总质量的3-8%，中和剂的加入量为二异氰酸酯与多元醇总质量的4-7%。

所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯。

所述多元醇为聚碳酸酯二醇与蓖麻油质量比为（2-4）:1的混合物。

所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。

所述树枝状大分子为一代聚酰胺-胺。

所述中和剂为三乙胺或氢氧化钾。

所述去离子水的用量反应产物质量的1-2倍。

所述分散是在分散机中进行的。

所述分散机的转速为2000r/min，分散时间为20～40min。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1.与传统溶剂型聚氨酯相比，本发明制得的树枝状水性聚氨酯不含有机溶剂，而是以水为分散介质，因此产物无毒害性，使用安全并且高效环保；不易燃、不易爆，易于放置储存。

2.结构独特：与超支化聚氨酯相比，本发明采用树枝状大分子进行接枝反应，制得的树枝状水性聚氨酯具有高度支化的树枝状结构，分子结构更加规整，分子量可以控制。

3.本发明合成的树枝状水性聚氨酯具有独特的树枝状结构，内核是一代树枝状大分子1G PAMAM，外部是低交联度的聚氨酯，这种独特的树枝状结构使其具有良好的耐水性、热稳定性和透水气性，制备的树枝状水性聚氨酯的吸水率为10%左右，拉伸强度为17MPa，热分解温度为200-210℃。

进一步的，本发明采用蓖麻油合成蓖麻油基水性聚氨酯，接枝1G PAMAM树状大分子，合成一种分子链上带有烯键的新型阴离子树枝状水性聚氨酯，结构高度支化且安全环保。

附图说明