[发明专利]用作胶粘剂和涂料的水性聚氨酯分散液及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机高分子材料，即能用作胶粘剂和涂料的水性聚氨酯分散液和它们的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯分散液能用作胶粘剂和涂料，水性聚氨酯分散液一般由四步工艺制备：1)由过量的多聚异氰酸酯与多聚醇和带羧基团的二醇(或二胺)反应生成异氰酸酯接尾的预聚物；2)预聚物的中和；3)中和的预聚物分散于水中；4)扩链生成水性聚氨酯。在多聚异氰酸酯中，1，6-己基二异氰酸酯(HDI)被广泛的用来制备水性聚氨酯胶粘剂和涂料。

美国专利①USP.6,147,155(Kenneth P Yonek和Yuliya Berezkill)指出用HDI可制备非常柔软而强度又非常高的水性聚氨酯涂料，但仅用HDI采用已知的预聚物工艺，不能成功的制备带羧基离子基团的水性聚氨酯分散液，因为这种基于HDI的预聚物分散到水中生成的分散液的粘度迅速增加而形成很稠的膏状物，不能进行扩链反应，或者因为在用胺进行扩链反应时，生成不溶的聚脲凝聚颗粒，使产品不能商品应用，因此此专利的权项要求第一步用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二羟甲基丙酸(DMPA)生成异氰酸酯接尾的加成物。第二步将HDI和聚酯二醇与第一步生成的加成物一起反应生成预聚物，然后中和分散到水中，与水反应而扩链生成水性聚氨酯分散液。此方法的缺点在于：(1)两步制备预聚物的方法增加了工艺步骤，使工艺更复杂化；(2)预聚物的制备中用了大量的溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮，即NMP)；(3)制备的水性聚氨酯分散液仅能用作涂料而不适于用作胶粘剂。

美国专利②USP.4,870,129(Wolfgang Henhin等)发明了一种基于HDI和IPDI混合物制备的水性聚氨酸胶粘剂，有低的活化温度和好的粘接性能。Bayer以此专利发展的水性聚氨酯胺胶粘剂产品Dispercoll U-53和U-54是当今世界上最好的水性聚氨酯胶粘剂产品。此专利的不足之处在于：(1)使用了一种没有商品化的特殊的磺酸二胺作为扩链剂而引入离子基团，这样其制备工艺则必须先扩链生成高聚物，然后再分散到水中，增加了分散的困难，因此用了大量的丙酮来降低高聚物的粘度；(2)随之而来的就是必须有一个费时，消耗能源的从产品中减压蒸馏出丙酮和回收丙酮的步骤；(3)用此专利生产的产品Dispercoll U-53和U-54成膜性差，时有龟裂，仅能作为胶粘剂，不适于用作涂料；(4)此专利也揭示了可用HDI，IPDI和第三种二异氰酸酯组成的三元混合二异氰酸酯来制备水性聚氨酯胶粘剂，但将带有芳环的二异氰酸酯，例如四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)，甲苯二异氰酸酯(TDI)和亚甲基二苯二异氰酸酯(MDI)等排除在第三种二异氰酸酯之外。

③Cytec公司的产品说明书指出：一般来说，用TMXDI来制备水性聚氨酯分散液，可用无溶剂或少溶剂的工艺，因为基于TMXDI的预聚物有较低的粘度。但仅用TMXDI制备的水性聚氨酯，与用IPDI或用二环己基甲烷二异氰酸酯(H₁₂MDI)制备的水性聚氨酯相比较，虽有较高的伸长率，但强度低，硬度低，不是一种很好的涂料，用TMXDI制备的水性聚氨酯与用HDI制备的水性聚氨酯相比较，又降低了结晶度和结晶速度，作为胶粘剂使用，瞬时粘结强度和最终的粘结强度也不够好。

德国专利④DE.4109477A1(Hans等)揭示了一种基于TMXDI和其他二异氰酸酯混合物的双组份水性聚氨酯分解液，在这种异氰酸酯的混合物中，TMXDI的重量至少要占30％，最好至少占50％。按照此专利，这类水性聚氨酯可用无溶剂或少溶剂的工艺来制备，但其实验例制备的水性聚氨酯性能差，成的膜表面发粘，只有与固化剂反应后才能制成不粘的薄膜，仅能用来作为软包装复合膜的胶粘剂。

美国专利⑤USP.5,608,000(Youlu Duan等)和⑥USP.5,637,639(Youlu Duan等)发明了基于两种二异氰酸酯(例如HDI和IPDI，或HDI/TMXDI)混合物的磺酸型水性聚氨酯。这些专利指出，在HDI/TMXDI中，TMXDI的含量增加将使得所生成的水性聚氨酯的结晶速率降低，作为胶粘剂使用时，瞬时粘接强度和最终粘接强度降低。