[发明专利]一种复合改性阳离子型水性聚氨酯底涂剂的合成方法

说明书

本发明公开了一种复合改性阳离子型水性聚氨酯底涂剂的合成方法，属于水性聚氨酯技术领域。本发明针对难粘金属(如铜、铝)与非金属(如橡胶、塑料等)粘接性差的问题，通过将已脱水的多元醇、环氧树脂和二异氰酸酯加入反应器中，在搅拌状态下加热保温反应制备异氰酸酯封端的预聚体；向反应体系中加入溶剂、含叔氨基小分子醇胺扩链剂和催化剂，通过加热保温反应制备含有离子化基团的聚氨酯中间体；用二正丁胺反滴定法分析NCO％含量达到理论值后进行降温；向反应体系中加中和剂中和，同时进行降温；将去离子水在快速搅拌下缓慢加入反应体系分散均匀，加入硅烷偶联剂，进行升温；真空脱除溶剂，得到乳白色分散液，即为复合改性阳离子型水性聚氨酯乳液。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯技术领域，具体涉及一种复合改性阳离子型水性聚氨酯底涂剂的合成方法。

背景技术

由于聚氨酯粘合剂分子含有不同的软硬段结构，对宽范围基材如塑料、橡胶、和金属材料等具有良好的粘接性能而得到广泛应用。随着人们环境保护意识的增强和国家环保法规的日益严格。无溶剂和水性聚氨酯粘合剂及涂料越来越受到重视。无溶剂粘合剂以单组份粘合剂易于操作，在使用前不需要混合而受到市场的青睐。单组份聚氨酯粘合剂多为湿气固化型，包括异氰酸酯封端和硅氧烷封端。异氰酸酯封端的单组份聚氨酯粘合剂是基于端异氰酸酯与水反应而固化，因其反应速度慢，反应形成的CO₂气泡导致较低的粘接强度，以及一定的异氰酸酯毒性，使其应用受到限制；硅烷封端的聚氨酯通过硅氧烷与水缩合脱出醇化合物而固化，虽可有效解决粘合层的气泡问题，但由于硅氧烷链段与聚氨酯的相容性较差，粘合剂层的强度较低，导致粘接强度降低。

水性聚氨酯以水代替有机溶剂作为分散介质，具有无毒、不燃、绿色环保和聚氨酯的结构特点，与多种基材具有较好的粘接性能，已成为溶剂型涂料和粘合剂的优质替代品在许多行业得到广泛应用如家具、汽车、舰船、电子、建筑、包装、印刷、服装和制鞋等。但对于一些难粘的基材如鞋材中的PVC、油皮、真皮以及金属铜和铝等依然存在粘接强度低导致脱粘的问题。早在90年代，SUDIPTA MOHANTY et al(Journal of Applied PolymerScience，1996，62：1993-2003)用PPG、HDI和N-MDEA合成了一系列不同N-MDEA含量的阳离子型水性聚氨酯(CWPU)用于多孔基材皮革、PVC、橡胶和刚性基材黄铜，铝和玻璃的粘合剂，分别测试了拉伸剪切强度和剥离强度。其拉伸剪切强度在0.2～0.48N/mm²，剥离强度则在0.1～0.17N/mm.Wang等[Journal of Colloid and Interface Science，2008，324(1):36-41]合成了用羟基硅烷改性的阳离子型水性聚氨酯乳液，讨论了合成的乳液粒径和膜的热稳定性，结果表明:随着羟基硅烷加入量的增加，漆膜耐热性得到提高。CN 102432798 B发明了一种环氧树脂改性阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法，是通过加入环氧树脂，引入交联结构提高纸张的施胶度、耐折次数和环压指数。具有工艺简单，节能环保的优点。CN110540629A公开了一种有机硅改性阳离子水性聚氨酯防水剂的制备方法，是用多元醇、羟基硅油、多异氰酸酯、阳离子扩链剂、封端剂和水经预聚、扩链、封端、分散而达到发明目的。CN 108047425 B发明了一种有机硅改性阳离子水性聚氨酯及其制备方法和应用，所用有机硅为特殊结构的聚醚改性聚硅氧烷，扩链剂为N-甲基二乙醇胺。用作皮革涂饰剂具有乳液粒径小、贮存稳定，胶膜耐水性好、手感优良等优点。CN 103804613 B发明了一种有机硅改性阳离子水性聚氨酯抗菌乳液的制备方法。并在步骤(3)中加入羟基丙烯酸酯和硅烷偶联剂与过量的-NCO基反应将硅氧烷链引入结构中而达到改性的目的。CN 106149381A公开了一种具有自交联结构的阳离子型有机硅改性PUA织物涂层胶及其制备方法，是采用多异氰酸酯先与羟端基聚硅氧烷反应，再与聚醚或聚酯二醇反应合成端-NCO基的预聚体，然后与阳离子亲水扩链剂反应并进一步与己二酸二酰肼(ADH)进行反应得到肼基封端的阳离子水性聚氨酯乳液；另外用丙烯酸单体和双丙酮丙烯酰胺(DAAM)制得含有酰肼基团的聚丙烯酸酯乳液；最后将两种乳液按一定比例混合，得到自交联阳离子型有机硅改性PUA织物涂层胶。这种涂层胶避免了有害交联剂的使用，具有环保、耐水压高、机械性能好、成本低廉、可染色等优点，可用于锦纶织物的涂层整理。