[发明专利]侧链非离子型水性聚氨酯乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料的制备方法，具体是一种侧链为重复乙氧基结构的非离子型水性聚氨酯乳液的制备方法。

背景技术

聚氨酯是聚氨基甲酸酯(PU)的简称，是分子结构中含有重复的氨基甲酸酯基〔-NHCOO-〕的聚合物的总称。水性聚氨酯是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在连续相(水)中的二元胶体体系。聚氨酯属于(AB)n型的嵌段聚合物。在1943年由西德人P.Schlack首次成功制备。1967年聚氨酯乳液首次实现工业化并在美国市场问世，1972年Bayer公司率先将聚氨酯水乳液用作皮革涂饰剂，水性聚氨酯开始成为重要商品。水性聚氨酯虽然历史不长，但由于其本身所具有的无毒、不易燃烧、无污染、节能、安全可靠及不易擦伤被涂饰表面等优点，其发展非常迅速。特别是近年来，由于溶剂价格的高涨和人们环保意识的增强，使水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯成为一个重要的发展方向。

中国于上世纪七十年代起就开始水性聚氨酯的研究，由于受基础原材料品种及市场需求等因素影响，在相当长的一段时间内，水性聚氨酯的研究及应用进展缓慢。直至九十年代初期，中国水性聚氨基甲酸酯(PU)的生产水平还处于国外六七十年代的水平。

九十年代后期，随着中国经济发展和人民生活水平提高，以及人们环保意识的提高，再加上中国对外开放程度的提高，国外先进的原材料及产品进入中国市场，水性聚氨基甲酸酯(PU)的研究开发在中国又得到了重视和发展。九十年代中后期，国内华南理工大学、上海建科院、中国纺织大学、安徽大学、上海申真涂料公司等在水性PU的研究方面做了大量工作，开发的品种由传统的用于织物处理和皮革涂饰的软质水性PU向木材、金属、混凝土等表面涂覆的硬质水性PU方向发展。进入二十一世纪以来，很多单位开始重视水性PU的制备及改性研究。

水性聚氨酯乳液已经大量应用在聚氨酯涂料和胶黏剂的生产中。聚氨酯在水中的分散是通过使用外乳化剂或者内乳化剂来实现的。使用外乳化剂制备水性聚氨酯乳液，其工艺实现过程较难，需要严格控制。使用外乳化剂制备的水性聚氨酯乳液稳定性较差，容易出现沉淀。使用外乳化剂的水性聚氨酯乳液制备的胶膜，耐水性很差，并且乳液不稳定。使用内乳化剂制备的聚氨酯乳液更加符合人们的需要。采用内乳化剂制备的水性聚氨酯乳液有离子型和非离子型。离子型水性聚氨酯乳液是指分子结构上引入了离子基团的聚氨酯。在亲水性离子基团的帮助下，就可以制备出稳定分散的聚氨酯乳液。使用这种方法制备的聚氨酯胶膜表现出了高弹性，高拉伸强度，较好的耐水性和耐候性。尽管在技术上这些乳液制备方法非常重要，但是从本质上讲，它们作为聚电解质，至少有两点或多或少对产品和应用是不利的。离子型聚氨酯对电解质和低温很敏感。由于聚氨酯乳液在使用时经常需要加入酸性或碱性的电解质溶液作为助剂，而离子型聚氨酯乳液本身耐电解质能力差，容易破乳。此外，阴离子型水性聚氨酯通常采用三乙胺作为成盐剂，使得乳液经常带有一股氨味。因此，离子型水性聚氨酯在应用上往往受到限制。

对于非离子型水性聚氨酯乳液的制备，此前人们通常的做法是，采用在聚氨酯主链上引入不同分子量的亲水性的聚乙二醇来实现。使用此方法制备出来的非离子型水性聚氨酯乳液固含量低，稳定性差，放置一个月后，容易出现分层甚至沉淀。使用此方法制备出来的聚氨酯胶膜力学性能差，机械强度低，且胶膜表面发黏。因此，在主链引入亲水性聚乙二醇链段的方法不能满足生产力学性能较好的涂料或胶黏剂的需要。

发明内容

为了解决现有技术制备的非离子型水性聚氨酯乳液固含量低、稳定性差、耐酸、耐碱、耐电解质能力差等问题，本发明提供一种侧链非离子型水性聚氨酯乳液的制备方法。

具体的技术方案如下：

侧链非离子型水性聚氨酯乳液的制备方法包括以下操作步骤：

在干燥氮气保护下，将真空脱水后的聚醚型二元醇或聚酯型二元醇50-100克，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)44.4克加入反应容器中，在机械搅拌下、温度85℃-100℃、反应2-3个小时；

降低反应体系温度至40℃-60℃，加入小分子扩链剂一缩二乙二醇7.3-11.2克、非离子型亲水性三羟甲基丙烷聚乙氧基单醚6-12克、交联剂三羟甲基丙烷(TMP)1.5-2.4克、溶剂丙酮10-50ml、催化剂：二月桂酸二丁基锡(T-12)0.1-0.2克、辛酸亚锡(T-9)0.1-0.2克，在机械搅拌下、温度60-70℃反应3-6小时；待反应生成的预聚体中异氰酸酯基团(-NCO)含量不再变化时，降温至室温，得聚氨酯树脂；