[发明专利]一种无毒工艺制备水性聚氨酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯的制备方法，具体涉及一种无毒工艺制备水性聚氨酯的方法及由该方法获得的聚氨酯。

背景技术

水性聚氨酯以水为分散介质，与溶剂型聚氨酯相比，具有不燃、气味小，节能，操作方便等优点，已广泛用作皮革涂饰剂、涂料和粘合剂等。

尽管与溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯的产品性能如耐水性还有差距。近年来，随着人们对健康、环保的要求日益提高以及国家有关法律法规的颁布，对水性聚氨酯的制备研究有很多报道。

专利CN10113A、CN1405196A、CN1930257A、CN1827690A、CN1918251A、CN151A、CN1980964A等对水性聚氨酯的制备均有报道。在这些专利及其他文献报道中，提到的水性聚氨酯制备方法大多采用丙酮法，以二羟甲基丁酸(DMPA)为含亲水单体物质以引入亲水羧基、以叔胺类物质为中和剂。由于DMPA在酮类、低聚物二元醇中的溶解度较低，通常在将DMPA加入预聚体中时都是以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为助溶剂。N-甲基吡咯烷酮慢性作用可致中枢神经系统机能障碍，引起呼吸器官、肾脏和血管系统的病变，而N-甲基吡咯烷酮沸点高、最终不易脱除而滞留在材料中，从而带有一定得生物毒性。其次水性聚氨酯通常以叔胺类物质如三乙胺为中和剂，而三乙胺有强烈氨臭，在水中溶解度小，此类水性聚氨酯会散发出胺的臭味，在生产过程中对人和环境会造成危害，同时使制品有一定毒性。第三，在以往专利中大多使用HDI、IPDI脂肪族异氰酸脂或TDI等芳香族异氰酸酯为原料，一方面HDI、IPDI和TDI等异氰酸脂蒸汽压高、易挥发，在生产过程中易对人和环境造成危害，而且以芳香族异氰酸酯TDI或MDI为原料的聚氨酯材料，在使用过程中可能分解产生致癌的芳香胺类物质。由此可见，虽然常用的水性聚氨酯中的有机溶剂等对人体、环境有害物质大大减小了，但生产、制品使用过程中，仍然会产生一定量对人体、环境有害的物质，从而限制了在某些领域特别是医疗卫生、食品等领域的应用。

专利CN1995086A公开了一种水性无毒可降解聚氨酯弹性体的制备方法，该方法以KOH、NaOH为中和剂、生产过程中不使用有机溶剂，通过这些方法以消除毒性。但该发明为了避免使用助溶剂NMP而不使用含亲水单体扩链剂，乳化时直接加水到预聚体中同时通过强力搅拌以实现乳化分散，或者在使用了DMPA的条件下不使用助溶剂而直接用于预聚体扩链，由于其醇溶性差，预聚体系呈现浑浊状，不利于扩链反应，该发明的缺点是其制备的乳液粒径大、乳液不稳定而易沉淀、分层。

发明内容

针对以上技术缺陷，本发明提供一种无毒工艺制备水性聚氨酯的方法。

本发明所述无毒工艺制备水性聚氨酯的方法包括如下步骤：

a)将二环己基甲烷二异氰酸酯与脂肪族聚合二元醇混合，加入催化剂并在60-90℃，优选70-90℃下反应1-3小时得到预聚体；

b)向预聚体中加入含亲水基团的DMBA，在70-90℃下继续反应2-4小时；

c)降低温度到25-35℃，在FLUKE高速搅拌机进行搅拌同时加入含中和剂的去离子水，中和剂浓度为0.1-0.3mol/l，至乳液固含量约25-45％，乳化0.2-0.5小时；

d)在乳液中加入二胺类扩链剂，继续乳化、扩链0.5-2小时得到水性聚氨酯；

或为

a)将二环己基甲烷二异氰酸酯与脂肪族聚合二元醇、含亲水基团的DMBA混合，并加入催化剂在60-90℃下反应2-5小时得到预聚体；

b)降低温度到25-35℃，在FLUKE高速搅拌机进行搅拌同时加入含中和剂的去离子水，中和剂浓度为0.1-0.3mol/l，至乳液固含量约25-45％，乳化0.2-0.5小时；

c)在乳液中加入二胺类扩链剂和聚乙酰胺，继续乳化、扩链0.5-2小时得到水性聚氨酯；

其中，所述二环己基甲烷二异氰酸酯与脂肪族聚合二元醇摩尔比2.5-4∶1，优选为2.8-3.2∶1；聚合二元醇、DMBA的摩尔比为0.5-2.5∶1，优选为1.2-1.8∶1，二环己基甲烷二异氰酸酯与二元醇、DMBA、脂肪族二胺扩链剂总量的摩尔比为1.0-1.1，优选为1.01-1.05∶1；DMBA用量为固体份质量的2.5-8％，优选为3-4.5％；中和剂的摩尔数为DMBA摩尔数的1110％，乳液固含量为25-45％。

本发明采用脂肪族异氰酸酯为原料，与MDI、TDI等芳香族异氰酸酯相比，脂肪族异氰酸酯制品在使用过程中不会产生芳香胺类致癌物质。