[发明专利]自乳化阳离子型水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯的制备方法，特别是一种自乳化阳离子型水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯相对于溶剂型聚氨酯而言，具有绿色环保、无毒、无污染等优点，已广泛应用于涂料、粘合剂、造纸和纺织等行业。自乳化型水性聚氨酯是将亲水性功能单体与其他原料一起反应形成大分子链，在聚氨酯的分子链上直接引入亲水基团，在水中自乳化分散，无需外加乳化剂，已成为水性聚氨酯的主流。根据亲水基团的电荷特征，可将自乳化型水性聚氨酯分为阴离子型和阳离子型两大类。目前，大量的研究主要集中在阴离子型水性聚氨酯，阳离子型水性聚氨酯的研究和产品相对较少。阳离子型水性聚氨酯的阳离子电荷特征赋予其某些独特性能，在皮革、功能涂料、纺织和造纸等领域具有特殊价值。

自乳化阳离子型水性聚氨酯的制备技术关键在于亲水性功能单体，目前普遍采用含有两个活性官能团的叔胺基化合物。如王奇(CN201010622595.6)和张学同等(CN02159275.6)以N-甲基二乙醇胺为亲水性功能单体制得自乳化阳离子型水性聚氨酯。Piotr Król等(Piotr Król, Bo?ena Król. Chemical structure and surface properties of the polyurethane cationomers[J]. Colloid & Polymer Science, 2008, 286(11): 1243-1256.)分别以N-苯基二乙醇胺和N-甲基二乙醇胺为亲水性功能单体，制得自乳化阳离子型水性聚氨酯。采用这类亲水性功能单体制备的自乳化阳离子型水性聚氨酯，其亲水基团位于聚合物主链，从而影响树脂的自乳化分散效率。R.J.Goddar等(R.J.Goddard ,S.L.Cooper. Polyurethane cationomers with pendant trialkylammonium groups: effects of ion content, alkyl group and neutralizing anion[J]. Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 1994 ,32 : 1557–1574)分别以3-二甲胺基-1,2-丙二醇或3-二乙胺基-1,2-丙二醇为亲水性功能单体制备自乳化阳离子型水性聚氨酯。V .Sriram等(V .Sriram ,G. Radhakrishnan. Novel short-chain crosslinked cationomeric polyurethanes[J].Polymer Bulletin, 2005,55: 165-172)以N,N-二（2-羟乙基）异烟酰胺为亲水性功能单体制备自乳化阳离子型水性聚氨酯。采用此类亲水性功能单体制备的自乳化阳离子型水性聚氨酯，其亲水基团成为聚合物的侧基，提高了自乳化分散效率，具有更优越的性能，但此类亲水单体的来源较少、价格昂贵，从而制抑了自乳化阳离子型水性聚氨酯的工业化应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种自乳化阳离子型水性聚氨酯的制备方法。

为实现上述目的，本发明的机理为：本发明采用仅含有一个活性官能团的叔胺基化合物的亲水性功能单体，该单体的结构通式为：

                                                                                

其中，R₁、R₂和R₃为C₁～C₅的烷基等；X为—OH、—NH₂或—NHR ，其中R为甲基、乙基或苄基等。采用的亲水性功能单体典型的有：N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N-二乙基乙二胺、N,N,N’-三乙基乙二胺。此类亲水性功能单体一端含有一个可以与异氰酸酯基反应的官能团，另一端含有一个叔胺基。当此类亲水性功能单体与聚酯/醚二元醇、多元醇及二异氰酸酯反应所得的预聚体具有以下结构特征：

 

其中，A为二异氰酸酯骨架结构；B为多元醇骨架结构，C为聚酯/醚二元醇链，D为异氰酸酯基与亲水性功能单体中活性基团反应生成的基团。

将预聚物与醇类扩链剂在水相中扩链分散，最终得到自乳化阳离子型水性聚氨酯，其结构通式为：

或者，

；