[发明专利]多异氰酸酯固化剂改性聚氨酯水分散体的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯水分散体的改性领域，特别涉及多异氰酸酯固化剂改性水性聚氨 酯分散体的制备方法及应用。

技术背景

聚氨酯水分散体(PUD)具有环境友好和性能优异的特点，已在皮革涂饰剂、油墨、 粘合剂和涂料等领域得到广泛应用。传统PUD为线性热塑性聚合物，其涂膜的耐水性、耐 溶剂性和耐污性不理想。在聚氨酯分子链上引入可交联或支化的基团可以得到交联改性的 PUD，使PUD涂膜的物理化学性能得到提高，已成为研究的热点。目前交联改性一方面是 引入可交联反应的基团如酮肼基、氨基、羟基和羧基等，通过后添加交联剂进行改性称为 后交联改性。常用的交联剂有多异氰酸酯、多氮丙啶和聚碳化亚胺等，后交联方式常采用 双组份包装，施工前要认真计量组份间的配比，给施工带来不便。另一方面，在PUD合成 原料中选用分子结构含3个或以上羟基或胺基的化合物，包括三官能团聚醚或聚酯、环氧 树脂、蓖麻油、三羟甲基丙烷(TMP)、二乙烯三胺和三乙烯四胺等，合成具有交联或支化 结构的PUD，称为内交联改性。因避免了双组份包装带来的施工问题，故通常的交联改性 多采用此法，但内交联改性对原料的选择范围比较窄。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多异氰酸酯固化剂改性水性聚氨酯 分散体的制备方法及应用。本发明采用多异氰酸酯固化剂为原料，参与到含亲水离子的聚 氨酯预聚物的合成中，通过自乳化技术合成多异氰酸酯固化剂改性的聚氨酯水分散体 (PUD)，不仅提高PUD涂膜的交联密度和耐介用性能，同时还提高涂膜的干燥速度。本 发明方法还拓宽了PUD合成原料的选择范围。

多异氰酸酯固化剂改性水性聚氨酯分散体的制备方法，由以下原料组分制备得到：

——聚多元醇，数均相对分子质量为300～3000，羟值为15～500mgKOH/g，用量为聚 氨酯预聚体重量的25～80％；

——二异氰酸酯单体，用量为聚氨酯预聚体重量的15～47％；

——亲水扩链剂，用量为聚氨酯预聚体重量的4～11％；

——小分子二醇扩链剂，用量为聚氨酯预聚体重量的1～11％；

——多元胺扩链剂，用量为聚氨酯预聚体重量的0.1～7％；

——多异氰酸酯固化剂，用量为聚氨酯预聚体重量的1～31％，数均相对分子质量为 300～3000，多异氰酸酯固化剂中异氰酸酯基含量为5～35％；

——中和剂为碱性化合物，用量为聚氨酯预聚体重量的3～7％；

具体的步骤包括：

(1)原材料处理：将聚多元醇和小分子二醇扩链剂在温度为70～120℃、真空度为 0.05～0.12Mpa下分别脱水0.5～4.0h，使两种原料含水量均小于0.05％wt；

(2)聚氨酯预聚体的制备：将聚多元醇、二异氰酸酯单体和多异氰酸酯固化剂加入到 反应器中，边搅拌边加热到60℃～90℃，反应1～3h，再滴加小分子二醇扩链剂，保温30～ 60min后加入亲水扩连剂，在50℃～90℃反应，当反应体系中NCO基团的百分含量为理论 值以下时，生成聚氨酯预聚体，降温至30℃～50℃，加入中和剂，再加入丙酮；

步骤(2)或者是将聚多元醇、二异氰酸酯单体、多异氰酸酯固化剂、小分子二醇扩链 剂和亲水扩链剂加入到反应器中边搅拌边加热到50℃～90℃，反应3～5h，当反应体系中 NCO基团的百分含量为理论值以下时，生成聚氨酯预聚体，降温至30℃～50℃，加入中和 剂、再加入丙酮；

(3)聚氨酯预聚体的乳化和扩连：将步骤(2)的反应产物出料，加水乳化，然后加 入多元胺扩连剂反应1～60min，脱除丙酮，得到多异氰酸酯固化剂改性水性聚氨酯分散体。

所述的聚多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚氨酯多元醇、聚 四氢呋喃多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚烯烃多元醇、聚己内酯多元醇、聚端羟基二甲基硅 烷、环氧树脂、蓖麻油及其衍生物或环氧植物油及其衍生物中的一种或两种以上混合物；

所述的多元胺扩链剂包括肼、乙二胺、己二胺、异佛尔酮二胺、二乙烯三胺或三乙烯 四胺一种或两种以上的混合物。

所述的理论值为3.0％～8.0％wt。