[发明专利]活性有机硅-聚氨酯预聚体及由其制备的无溶剂活性有机硅-聚氨酯乳液

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，更具体地，本发明涉及一种活性有机硅-聚氨酯预聚体及其制备方法以及利用所述有机硅-聚氨酯预聚体分散获得的无溶剂活性有机硅-聚氨酯乳液及所述乳液的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)自上个世纪七十年代有产品问世以来已得到了广泛应用，并展示出了良好的应用前景。由于WPU以水为介质，不仅符合环保要求，而且可以节省资源和能源，因而越来越受到人们的关注。同时，由于WPU粘度及流动性与聚合物的分子量无关，因而可将分子量调节到所希望的水平，而不用过多地考虑使用时的粘度或流动性等因素的影响，因此其应用范围不断拓宽。WPU现已广泛地应用在皮革加工、造纸、织物整理、织物涂层、胶粘剂、油田用化学品等领域。将活性有机硅化合物引入到WPU中，可以使材料兼具有机硅和聚氨酯的性能。有机硅氧烷改性的WPU产品通常有较短的成膜时间，良好的使用寿命，其粘接性、强度、韧性、耐磨性、以及耐水性和耐溶剂性能也很优异。

1997年，Chen等(J.Coat.Technol.，1997，69(870)：43-51；1997，69(875)：49-55)利用含环氧基的硅烷作为添加剂来改性苯丙乳液和聚氨酯水分散体，所得水性聚合物乳液具有很好的贮存稳定性，并且在使用时能够很快交联成膜。研究发现，这种改性方法可以显著提高乳胶膜的耐候性、耐溶剂性、粘接性以及乳胶膜的使用寿命。

王武生等(高分子学报，2000(3)：319-324；高分子材料科学与工程，2001，17(3)：102-105)通过溶液聚合、水分散和蒸除溶剂等步骤得到了固含量为30wt％的有机硅改性水性聚氨酯分散体。但这种含有终端硅烷氧基的聚氨酯水基分散体在室温下放置时即发生水解缩合，形成水基聚氨酯微凝胶。

Subramani等(European Polymer J.，2004，40(12)：2745-2755；Progress in Organic Coatings，2004，51(4)：329-338)在有机溶剂存在下，采用异氰酸酯封闭技术制备出了含有丁酮肟片段的有机硅改性水性聚氨酯乳液，但该乳液在使用时必须经过加热使异氰酸酯基解封闭，同时还要加入含硅烷氧基的有机硅偶联剂，使有机硅与解封闭后生成的活性异氰酸酯基反应，以实现水解交联。虽然这种双组分水性聚氨酯体系的贮存稳定性很好，但在使用时需要附加设备，并且混合后的体系使用寿命较短。

最近Subramani等(J.Appl.Polym.Sci.，2005，98(2)：620-631)以甲苯-2，4-二异氰酸酯、聚乙二醇和2，2-二羟甲基丙酸为原料，以丙酮为溶剂，合成了异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体，经中和及水分散后加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷，然后真空蒸除丙酮，得到有机硅-聚氨酯水分散体。

总之，文献报道的活性有机硅-聚氨酯乳液的制备都使用了丙酮等有机溶剂，虽然体系中的大部分溶剂可以通过抽真空将其蒸除，但残留溶剂对环境造成的危害以及溶剂回收的损失仍然是一个亟待解决的问题，同时溶剂的真空蒸除也会增加额外的工艺并带来大量能耗。

另外，为了保持乳液的稳定性，通常这些活性有机硅-聚氨酯乳液的活性有机硅组分含量较低，可能仅占分散体固含量的2-5wt％，而活性有机硅的含量与乳胶膜的性能紧密相关。

发明内容

一方面，本发明提供一种活性有机硅-聚氨酯预聚体及其制备方法，另一方面，本发明还提供利用所述活性有机硅-聚氨酯预聚体分散获得的无溶剂活性有机硅-聚氨酯乳液及所述乳液的制备方法。

本发明的活性有机硅-聚氨酯预聚体采用本体聚合技术制备，该活性有机硅-聚氨酯预聚体的活性有机硅部分的含量可以高达15wt％，相比于现有技术大大提高。

本发明的无溶剂活性有机硅-聚氨酯乳液采用相反转乳化技术制备，其工艺简单，操作容易，生产成本低。

按照本发明，所述无溶剂活性有机硅-聚氨酯乳液不含任何有机溶剂，因此有利于环保；该乳液的固含量最高可达55wt％，乳胶粒粒径可以达到200nm左右，这些相比于现有技术均有明显改进；该乳液具有很好的贮存稳定性和冻融稳定性，具体地，该乳液在室温下可稳定贮存180天以上，和在50℃下可稳定贮存150天以上。

本发明的这种无溶剂活性有机硅-聚氨酯乳液不仅可直接用于皮革加工、造纸、织物整理等领域，而且可广泛应用于环境友好水性密封胶和水性涂料的生产。