[发明专利]高稳定型有机硅改性型水性聚氨酯的制备方法

说明书

本发明涉及一种高稳定型有机硅改性型水性聚氨酯的制备方法，属于聚氨酯材料技术领域。本发明技术方案现通过硅溶胶分散稀释，并与硅烷偶联剂KH‑560混合改性，再通过端羟基硅油通过丁二酸酐改性，使其端羟基改性为端羧基，由于端羧基与环氧基改性的纳米硅溶胶复合并发生的反应，把纳米二氧化硅引入有机硅油中，使大分子链有规则地富集排列在胶膜表面，水分子很难进入胶膜内部，所以，其耐水性得到有效的提高，同时在改性过程中，由于羟基硅油端羟基的桥连作用，使得硅溶胶粒子间紧密结合在一起，使得大约两个硅溶胶粒子发生了聚并现象，进一步改性制备的水性聚氨酯材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种高稳定型有机硅改性型水性聚氨酯的制备方法，属于聚氨酯材料技术领域。

背景技术

聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇或多元胺通过逐步聚合反应得到的嵌段共聚物，主要分为软链段和硬链段。软链段是由多元醇或多元胺组成，呈无规卷曲状，链段较柔顺；异氰酸酯、小分子多元醇或多元胺类扩链剂构成硬段，反应所生成的氨基甲酸酯基以及芳香族异氰酸酯中的苯环在常温下伸展成棒状，链段不易扭转，刚性大。分子链中的柔性链段聚集在一起，它们的玻璃化温度低于室温，称为橡胶相。分子链中的刚性链段由于内聚能大，彼此缔合在一起，形成许多被称作微区的小单元，这些小单元的玻璃化温度远大于室温，在常温下，它们呈玻璃态、微晶。由于软、硬链段的不相容性，软段和硬段在聚合物中各自聚集，形成软段相和硬段相，会发生一定程度的微相分离现象，两种链段的相容性越差，微相分离程度越高。聚氨酯由于微相分离结构的存在决定其具有弹性好、耐磨、力学性能优良、低温柔顺性好等特点。

有机硅改性水性聚氨酯既保持了聚氨酯材料耐磨、弹性优良、与基材的粘结强度高的特点，又综合了有机硅树脂低温柔顺性好、耐水性好、耐化学品性能优良的优点，是一种性能优异的改性材料。由于有机硅链段与聚氨酯链段的溶解度参数相差较大，两者的相容性较差。将有机硅改性水性聚氨酯，有机硅形成软段，聚氨酯形成硬段，会形成一定程度的微相分离，从而影响其乳液及其胶膜的性能，所以选择合适的改性方案是现有改善有机硅改性聚氨酯树脂制备方案中必不可少的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高稳定型有机硅改性型水性聚氨酯的制备方法，以解决现有技术中的问题之一。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高稳定型有机硅改性型水性聚氨酯的制备方法具体制备步骤为：

（1）取纳米硅溶胶经异丙醇分散后与硅烷偶联剂复合改性，制备得分散硅溶胶；

（2）取丁二酸酐和环氧封端剂，以八甲基环四硅氧烷和0.1～0.2份四甲基氢氧化铵为原料改性制备改性混合液；由于纳米二氧化硅表面带有许多可以参加反应的活性硅羟基， 利用带环氧基的硅烷偶联剂如γ-缩水甘油醚丙基三甲基氧基硅烷表面的硅羟基发生偶联反应后，得到带环氧基的中间体。

（3）再取聚酯二元醇、甲苯二异氰酸酯和改性混合液，辅助添加1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷制备聚氨酯预聚体；通过端羟基硅油通过丁二酸酐改性，使其端羟基改性为端羧基，由于端羧基与环氧基改性的纳米硅溶胶复合并发生的反应，把纳米二氧化硅引入有机硅油中，使其对水性聚氨酯进行改性处理，改性硅油含量在水性聚氨酯中的不断提高，通过其含有的Si—O—Si无机骨架和有机侧链结构，使其具有低表面张力，同时由于Si—O 的键能大，极性大，对大分子链烃基有屏蔽作用，且Si—O—Si键角大，旋转自由，具有柔顺性，使大分子链有规则地富集排列在胶膜表面，水分子很难进入胶膜内部，所以，其耐水性得到有效的提高。

（4）对聚氨酯预聚体封端后去除溶剂，制备得高稳定型有机硅改性型水性聚氨酯。

步骤（1）所述的纳米硅溶胶为固含量为40％纳米硅溶胶。

步骤（1）所述的硅烷偶联剂优选为硅烷偶联剂KH-560。

步骤（2）所述的丁二酸酐和环氧封端剂混合比例为按质量比1:5，将丁二酸酐添加至环氧封端剂中。