[发明专利]一种阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种式(I)所示的阳离子水性聚氨酯树脂，其中，R₁为式a‑1或式a‑2；R₂为氯、羧基、乙酸基、丙酸基中的一种；R₃为式c‑1～式c‑5中的一种或几种，R₄为式d结构，其中，m，n均为聚合度，5≤m≤40，10≤n≤100；R₅为C4～C6的烷基。本发明主链结构中的聚(碳酸酯‑醚)二元醇中的碳酸酯以及醚键结构，提供了优异的耐水解和耐氧化等耐老化性能；而且聚(碳酸酯‑醚)二元醇结构来自于二氧化碳原料，降低了对石化资源的严重依赖，具有可持续发展战略。

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，尤其是涉及一种阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法。

背景技术

聚氨酯因其性能优异、形态多样、成型加工简单而被广泛应用于涂料、胶黏剂、密封胶、弹性体、泡沫塑料等，被誉为“第五大塑料”。然而，随着人们对环保及健康问题的日益重视，对挥发性有机化合物的限制也日趋严格，以水为分散介质的水性聚氨酯逐渐成为该领域的发展趋势。水性聚氨酯是一类将聚氨酯乳滴分散于水中而形成的二元胶体体系，通过引入离子基团或具有亲水性的非离子聚醚链段来实现在水中稳定分散，主要包括阳离子、阴离子以及非离子三大类水性聚氨酯。阴离子水性聚氨酯得到了广泛的研究，已经有大量的商品化产品，然而，阳离子水性聚氨酯研究和报道非常少，几乎看不到相关的阳离子产品，这主要是由于阳离子水性聚氨酯中乳化中心一般为叔胺基团，其催化了异氰酸酯与水反应，加速了阳离子水性聚氨酯中的副反应，其合成工艺控制较难。阳离子水性聚氨酯与阴离子和非离子水性聚氨酯相比，对水的硬度不敏感，储存稳定性更好，而且对于基底表面带有负电荷的基材例如皮革、纸张等具有更加优异的粘接性能。因而，阳离子水性聚氨酯体系还是值得研究和关注的。

中国专利2014103174429公开了一种阳离子型水性聚氨酯分散体及其制备方法，该分散体是将异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物溶液滴加到由含叔胺基的双羟基化合物和侧链含脂肪烃基的双羟基化合物组成的底料溶液中，反应后得到的聚氨酯预聚物溶液，经中和、乳化得到的阳离子型水性聚氨酯分散体，其含叔胺基的双羟基化合物用量为6-15wt％。中国专利2012100572425公开了一种自乳化阳离子型水性聚氨酯的制备方法，其以仅含一个活性官能团的叔胺基化合物为亲水性功能单体制备自乳化阳离子型水性聚氨酯，但是其亲水性功能单体占到预聚体的6-8％。从以上公开的发明专利可以看出，阳离子水性聚氨酯需使用6wt％以上的亲水扩链剂，如此然而大量的亲水扩链剂的使用，使得阳离子水性聚氨酯薄膜的耐水性差、抗氧化性和抗水解性差，形状稳定性差，从而丧失了机械性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种阳离子水性聚氨酯树脂，本发明提供的阳离子水性聚氨酯树脂耐水解和耐老化性能好。

本发明提供了一种式(I)所示的阳离子水性聚氨酯树脂，包括：

其中，R₁为式a-1或式a-2；R₂为氯、羧基、乙酸基、丙酸基中的一种；R₃为式c-1～式c-5中的一种或几种，R₄为式d结构，其中，m，n均为聚合度，5≤m≤40，10≤n≤100；R₅为C4～C6的烷基；

本发明提供了一种阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，包括：

A)将聚(碳酸酯-醚)二元醇、二异氰酸酯与小分子扩链剂、催化剂和溶剂混合，反应，得到第一中间体；

B)将第一中间体与亲水扩链剂、催化剂和溶剂混合，反应，得到第二中间体；

C)将第二中间体和中和剂中和，得到阳离子水性聚氨酯树脂。

优选的，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇为式(II)所示结构，