[发明专利]一种由可再生型多元醇制备丙烯酸改性水性聚氨酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备水性聚氨酯的方法，更具体地说涉及一种由可再生型多元醇制备丙烯酸改性水性聚氨酯的方法。

背景技术

聚氨酯是一种高功能性树脂，但传统的溶剂型聚氨酯合成过程中需要大量的溶剂，施工过程中也需要加入不少有机溶剂，溶剂的挥发和残存在制品中的溶剂会对施工人员和消费者的健康构成严重威胁。随着人们环保意识的增强，各国开始对VOC含量限制，水性聚氨酷是以水替代有机溶剂作为分散介质，具有明显的环保价值，可以应用于涂料、胶粘剂、水性皮革涂饰剂、织物整理剂等方面，越来越受到人们的重视。

聚酯(或聚醚)多元醇是生产PU树脂主要原料之一，目前其基本上都是取自石油资源。例如，拜耳(中国)有限公司CN 1621429A[2005.6.1]，使用以芳香族酸酐为基础的聚酯多元醇和以脂肪族单一、二或多胺为基础的聚环氧乙烷/环氧丙烷聚醚多元醇，用于硬质聚氨酯泡沫塑料。美国纳幕尔杜郊公司CN1668668A[2005.9.14]，使用芳族聚酯多元醇；德国巴斯夫股份公司CN1656140A[2005.8.17]、烟台万华聚氨酯股份有限公司CN 1247656C[2006.3.29]，制备聚酯多元醇使用了己二酸、邻(对)苯二甲酸。但是，随着全球石油资源紧缺、价格上涨等问题的日益严峻，寻找合适的石油资源的替代品已成为关系着国计民生的大问题。生物资源由于其可再生性，正得到全世界广泛地关注，在各个领域中大量使用生物质资源也是科技、生产发展的一种必然趋势。另外，大量使用石油资源也会造成环境污染等问题。

在众多生物质资源中脂肪酸就是占有量较多的一种资源。通过将存在于植物油中的长链不饱和脂肪酸在一定条件反应聚合，可以得到二聚酸。它是一种可再生的资源，具有适宜的分子量，是合成聚酯多元醇很好的原料。将二聚酸作为原料进行聚酯多元醇的合成，不仅降低成本，还可以减少目前对石油资源的依赖。中国林业科学研究院林产化学工业研究所报道(CN101066920A)，通过将植物油经甲醇醇解，后再进行酯交换反应可得二聚脂肪酸多元醇，并将其应用于硬质聚氨酯泡沫塑料，可显著提高产品的耐撕裂性、强度及耐热性能。

水性聚氨酯具有不燃、无毒、不污染环境、节能等优点，同时具有高强度、耐磨损、使用安全等优异性能。但是，纯聚氨酯乳液存在着耐候性、耐热性较差，粘接强度低等缺点，限制了水性聚氨酯的推广和应用，因此，对水性聚氨酯的交联改性成为该领域的研究热点。

丙烯酸树脂是水性聚氨酯改性材料中最重要的一种，它将聚氨酯的韧性及弹性与丙烯酸酯的良好保色性、光稳定性、硬度及低成本综合在一起。可以弥补单一聚氨酯水分散体的缺点和单一丙烯酸水分散体热粘冷脆，柔韧性差，不耐溶剂的缺点，获得两类体系的优势互补性能。丙烯酸分散体粒子小，有利于提高涂膜的硬度和外观。另外，随着粒度的降低，在成膜过程中出现毛细管作用，这些作用有利于两组分的凝结。所以丙烯酸是人们最经常选用的改性原材料。因此，促成聚氨酯(PU)和丙烯酸树脂(PA)二者有机结合，使材料的综合性能得到显著提高，是研制高性能水性聚氨酯的重要途径。同时，由于丙烯酸树脂价格上的优势，用其改性水性聚氨酯还能降低水性聚氨酯的成本。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现在技术中存在的不足和问题，提供一种由可再生型多元醇制备丙烯酸改性水性聚氨酯的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的由可再生型多元醇制备丙烯酸改性水性聚氨酯的方法，包括以下步骤：

(A)在装有搅拌器和回流冷凝管的反应器中加入可再生型多元醇和亲水扩链剂，于90～100℃下熔化后，降温至60～80℃加入异氰酸酯，然后滴加催化剂，在下60～80℃搅拌反应3～6小时，得到聚氨酯预聚体；

(B)向预聚体中加入多羟基化合物、丙烯酸类单体及有机溶剂，在50～80℃搅拌反应2～4小时，得到改性的聚氨酯预聚体；

(C)将改性的聚氨酯预聚体降温至30～60℃后加入成盐试剂中和成盐；

(D)将中和成盐后得到的预聚物在2000～6000r/m的转速下剪切分散到去离子水中乳化10～20min，然后在20～40℃下加入扩链剂进行扩链反应0.5～2小时；

(E)加入引发剂在20～40℃下进行自由基乳液聚合反应1～3小时，蒸馏脱除有机溶剂后制得丙烯酸改性的水性聚氨酯乳液；

其中所述的异氰酸酯、可再生型多元醇、催化剂、亲水扩链剂、多羟基化合物、丙烯酸类单体、成盐试剂、扩链剂、有机溶剂及引发剂的用量质量百分比配比如下：

异氰酸酯                6～30％