[发明专利]一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法、涂料组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，涉及一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法、涂料组合物及其制备方法，尤其涉及一种具有阻燃性能的阳离子水性聚氨酯及其制备方法、具有阻燃性能的涂料组合物及其制备方法。

背景技术

聚氨酯以其软硬度可调范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点被广泛应用于皮革涂饰、涂料、胶黏剂等领域。然而随着各国环境安全法律法规的出台，许多国家已限制了溶剂型聚氨酯的应用。

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯由于其连续相为水，安全易于保存和储存，且使用方便成本低，较完整的保留了溶剂型聚氨酯的特性，另外由于水性聚氨酯分子链中存在库仑力和氢键的作用，使其在某些性能上优于溶剂型聚氨酯。

因此，水性聚氨酯具有毒性小、低污染性、节能、安全等优点，其研制与生产受到世界各国的重视，而且都取得了长足的发展，聚氨酯树脂的水性化已逐步取代溶剂型，成为聚氨酯工业发展的重要方向，并广泛的应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂等诸多技术领域。

在水性聚氨酯的制备中，为了获得稳定的聚氨酯乳液，需在聚氨酯的预聚体分子中引入亲水基团，使其在水中乳化。根据其引入基团所带电性不同，将水性聚氨酯分为阳离子型、阴离子型、非离子型以及混合型水性聚氨酯。目前，水性聚氨酯的研究多见于阴离子型的水性聚氨酯，其产品也已实现了工业化，而阳离子型水性聚氨酯的报道较少。阳离子型水性聚氨酯分子链上带正电荷，对基材具有很好的浸润性，同时对水的硬度不敏感，可在酸性条件下使用，故其在纺织、粘合剂、皮革和造纸等领域具有广泛的应用前景。

随着水性聚氨酯的广泛应用和快速发展，各下游应用领域也对其提出了更多的性能要求，如织物、皮革涂饰、涂料、胶黏剂、建筑材料等领域，这些材料都为易燃材料，通常都要求对原料进行阻燃处理。

因此，如何得到一种具有阻燃性能的水性聚氨酯，同时还具有较好的综合性能，已成为领域内诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法、涂料组合物及其制备方法，特别是一种具有阻燃性能的阳离子水性聚氨酯及其制备方法、具有阻燃性能的涂料组合物及其制备方法，本发明提供的阳离子水性聚氨酯不仅具有阻燃性能，而且还具有更好的综合性能。

本发明提供了一种阳离子水性聚氨酯，具有式(I)所示的结构；

其中，a为1～5；

R₁如式(2)～(6)任意一项所示：

R₂如式(7)所示：

其中，m为1～30，n为1～35；

R₃如式(8)～(10)任意一项所示：

R₄如式(12)～(14)任意一项所示：

本发明提供了一种上述技术方案所述的阳离子水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

1)在保护性气体的条件下，将除水后的聚(碳酸酯-醚)二元醇和二异氰酸酯在有机溶剂中反应，得到末端带有NCO基团的聚氨酯预聚物一；

2)在催化剂作用下，将上述步骤得到的聚氨酯预聚物一与亲水扩链剂进行反应，得到预聚物二；

3)将上述步骤得到的预聚物二、磷酰基三甲醇和二元醇再次反应，得到预聚物三；

4)将上述步骤得到的预聚物三中和后，再进行乳化，得到阳离子水性聚氨酯。

优选的，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯以及二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；

所述有机溶剂包括丁酮、丙酮和环己酮中的一种或多种；

所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡；

所述亲水扩链剂包括N-甲基二乙醇胺、N-丁基二乙醇胺和N-苯基二乙醇胺中的一种或多种；

所述二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇和己二醇中的一种或多种。

优选的，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的分子量为1500～5000道尔顿；

所述聚(碳酸酯-醚)二元醇与所述二异氰酸酯的质量比为(125～238)：(36～76)；