[发明专利]一种水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

本申请属于聚合物技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯及其制备方法。本发明所提供的水性聚氨酯为一种非异氰酸酯基聚氨酯，不含高毒性和高湿敏性的异氰酸酯基，对环境无污染、对人体健康无伤害、不易燃烧、安全性好。本发明采用磺酸盐基团作为水性化基团，在一定的酸性条件下也可以保持稳定，而且不需要加入叔胺类化合物，无刺激性气味，比羧酸型水性聚氨酯具有更高的粘结力、耐水性、耐热性；同时，本发明采用的环碳酸酯类化合物具有高沸点、低气味、低蒸发率和低毒等优点，且生物降解性优良，可利用二氧化碳作为环碳酸酯的原料，绿色环保。

技术领域

本发明属于聚合物技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

紫外光固化聚氨酯是一类节能型材料，它在受到紫外光照射后，发生光化学反应，从而引起聚合、交联，使其瞬间由液态变成固态。水性紫外光固化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，因其无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，在涂料和胶粘剂领域有着广泛的应用。

目前大多数的水性聚氨酯以羧酸盐作为亲水基团，其制备方法多为采用二异氰酸酯和聚酯或聚醚多元醇反应得到分子量较小的端异氰酸酯基聚氨酯预聚物，之后加入含羧基的多元醇进行扩链使聚氨酯分子上含有羧基，含羧基多元醇通常为2,2-二羟甲基丙酸，最后使用三乙胺等胺类小分子将羧基中和成盐并快速的分散于水中得到羧酸型水性聚氨酯。然而，该类聚氨酯为端异氰酸酯聚氨酯，其中包含大量的游离异氰酸酯，在施工和材料固化过程中，部分游离异氰酸酯挥发出来，尤其是甲苯二异氰酸酯等物质，会危害人体健康和污染环境。同时，羧酸盐型水性聚氨酯稳定性较差，其在酸性条件下会使得羧酸结合氢离子，导致亲水性减弱和乳化性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种稳定性好、对人体无害、绿色环保的水性紫外光固化聚氨酯及其制备方法和涂料。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种水性聚氨酯，具有如式Ⅰ所示的结构：

其中，R₁选自-H、-OH、-OCH₃、苯基、C_1～12烷基或C_1～12烯基；

R₂选自中的一种或两种；

R₃选自

R₄选自

R₅和R₆各自独立的选自-H或C_1～12烷基；

n＝1～20。

本发明还提供了一种上述水性聚氨酯的制备方法，包括：

a)在氮气或惰性气体下，将环碳酸酯类化合物和胺类化合物进行反应，得到第一反应中间体；

b)步骤a)得到的第一反应中间体和磺酸盐类化合物在催化剂存在的条件下进行反应，得到第二反应中间体；

c)步骤b)得到的第二反应中间体和丙烯酸类化合物在阻聚剂存在的条件下进行反应，得到具有式Ⅰ所示结构的水性聚氨酯。

优选的，步骤a)中所述惰性气体包括氦气和氩气；

所述环碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、1-甲氧基-碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。

优选的，步骤a)中所述胺类化合物为二元胺；

所述二元胺为聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000或异佛尔酮二胺。

优选的，步骤b)中所述磺酸盐类化合物为间苯二甲酸-5-磺酸钠；