[发明专利]一种水性聚氨酯非均相扩链合成方法

说明书

本发明提供了一种水性聚氨酯非均相扩链合成方法，包括如下步骤：S1、预聚：将聚酯多元醇脱水后与二异氰酸酯进行预聚反应；S2、亲水扩链及交联：向步骤S1的物料中加入亲水扩链剂、交联剂和稀释剂进行扩链、交联反应；S3、中和扩链：向步骤S2的物料中加入中和胺、水、稀释剂、pH缓冲剂和脂肪胺，反应结束得到预聚体；S4、分散乳化：向步骤S3的物料中加入水乳化，使预聚体均匀分散于水中；S5、后扩链反应：向步骤S4的物料中加入后扩链胺，在水中进行扩链，经减压蒸馏去除溶剂，即得。本方法在非均相状态下，使用脂肪胺扩链，合成具有高含量脲基甲酸酯的水性聚氨酯树脂；所得乳液胶束粒径小，粘度低，流平性好和储存性能佳。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地，涉及一种水性聚氨酯非均相扩链合成方法。

背景技术

由于水性聚氨酯具有良好的物理性能，例如弹性、耐溶剂性和成膜性，目前广泛应用于多种领域。原则上，可以降低可挥发有机物VOC含量，生产对健康无害的低排放涂料。但是实际上，由于合成过程中会使用不宜溶解的单体，合成过程中会广泛使用高沸点溶剂或者增塑剂，一方面辅助溶解亲水性化合物，提高亲水性单体的反应转化率；另一方面辅助溶解聚氨酯链段，提高产品的成膜性等性能。这些高沸点溶剂或者增塑剂，往往对健康有害。

公开号为CN107090069A的申请专利中公开了一种二次后扩链的水性聚氨酯制备方法及其制得的分散液，所述制备方法包括聚合物多元醇在催化剂作用下与二异氰酸酯、亲水扩链剂、小分子扩链剂反应，并用溶剂调节粘度得到预聚体，加入中和剂和水，经水溶性扩链剂扩链，再经油溶性后扩链剂二次扩链，减压脱除溶剂，得到二次后扩链的水性聚氨酯分散液。但该方法是在分散乳化后采用水溶性脂肪胺进行扩链，预聚体中不含有胺类的扩链剂，即脂肪胺的使用量小，会导致聚氨酯链段中脲基甲酸酯含量低，也就无法制得高耐温、高硬度的水性聚氨酯乳液。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水性聚氨酯非均相扩链合成方法。

本发明提供的生产水性聚氨酯乳液的工艺，使用脂肪胺扩链，同时加入水作为溶剂，即在非均相状态下扩链，提高聚氨酯分子中的极性基团溶解性，提高合成稳定性；同时加入pH缓冲剂，抑制异氰酸酯和水的副反应，降低异氰酸酯与脂肪胺的反应速率。该合成工艺反应温和，放热均匀易控制，产品的耐温、流平等性能均明显提高。同时乳化后胶束粒径小，胶束间作用力小，乳液粘度低，储存稳定性高。适用于合成具有高脲基甲酸酯结构的聚氨酯乳液，以及大规模的水性聚氨酯生产。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种水性聚氨酯非均相扩链合成方法，包括如下步骤：

S1、预聚：将聚酯多元醇脱水后与二异氰酸酯进行预聚反应；

S2、亲水扩链及交联：向经步骤S1反应后的物料中加入亲水扩链剂、交联剂和稀释剂进行扩链、交联反应。

S3、中和扩链：向经步骤S2反应后的物料中加入中和胺、去离子水、稀释剂、pH缓冲剂和脂肪胺反应，当NCO含量低于2％时，反应结束得到预聚体；(目前进行扩链反应时均需要加入大量高沸点溶剂，导致环境污染。本发明通过加入水代替强极性的高沸点溶剂，同时加入pH缓冲剂抑制异氰酸酯与水的反应速率，确保反应过程稳定可控，体系的pH值范围为6.0-8.0。)

S4、分散乳化：向步骤S3的预聚体中加入去离子水乳化，使预聚体均匀分散于水中；

S5、后扩链反应：向经步骤S4分散后的物料中加入后扩链胺，在水中进行扩链，经减压蒸馏去除稀释剂，即得到水性聚氨酯乳液(具有交联立体结构的高分子量水性聚氨酯)。

优选地，步骤S1中，所述聚酯多元醇包括己二酸聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和苯酐类聚酯多元醇中的一种或多种；所述聚酯多元醇的数均分子量为1000-3000。为了确保聚氨酯性能，聚酯多元醇的分子量优选数均分子量1000-3000。