[发明专利]一种超支化水性聚氨酯涂层剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种超支化水性聚氨酯涂层剂，属于纺织化工技术领域。

背景技术

水性聚氨酯指能溶于水或能均匀分散在水中的一类聚氨酯，其具备溶剂型聚氨酯的良好综合性能，又因以水为分散介质，与溶剂型聚氨酯相比，价格低，使用安全，无环境污染，广泛应用于纺织品整理、皮革涂饰等行业，是一种新型环保、应用前景非常好的聚氨酯材料。

超支化聚合物具有类似于树枝状聚合物的结构和性能，具有大量的空腔、支化点和近似球形的结构，且其制备步骤简单，无需纯化，近来受到了广泛的关注。将超支化聚合物应用于水性聚氨酯领域，可以改善水性聚氨酯的力学性能和加工性能，因而受到了越来越多的关注。

虽然人们在近几年以多种方法合成了超支化聚氨酯，但仍存在一些不足。中国专利CN1385451以及CN1385450以二异氰酸酯(A₂单体)与单氨基多元醇(bB_n单体)反应生成AB_n单体，AB_n单体通过自身的缩合就合成了超支化聚氨酯；中国专利CN101074278以二异氰酸酯(A₂单体)与三元醇(B₃单体)合成了超支化聚氨酯。因为-NCO极易空气中的水反应，不易保存，这些超支化水性聚氨酯设计端基为端羟基，同时因为不含亲水基团，使得这些超支化聚氨酯只能作为交联剂使用，导致所得乳液粘度大且不易分散，制得涂层普遍柔韧性差。中国专利CN101440150A公开了一种超支化水性聚氨酯，由于具有亲水的羧基离子，该种超支化聚氨酯自身可以水分散，但是因为仍然作为一种交联剂使用，在水性聚氨酯涂层剂中应用时，该种超支化水性聚氨酯大量的端羟基引起乳液交联，导致乳液粘度上升，无法克服高溶剂用量和低固含量的问题，同时其涂层的柔韧性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统超支化水性聚氨酯涂层剂稳定性差、粘度大、固含量低且涂层柔韧性差的缺点，而提供一种超支化水性聚氨酯涂层剂。本发明通过封闭端羟基的方法，并通过选择合适的原料、比例和反应条件等，合成一种端羟基封闭的超支化水性聚氨酯(SWHBPU)，从而避免端羟基带来的交联问题，含有SWHBPU的水性聚氨酯涂层剂(SWHBPU-PU)不仅具有稳定性好、粘度低和固含量高的优点，而且同时提高了聚氨酯涂层的柔韧性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明以异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸和二乙醇胺为原料合成的超支化水性聚氨酯(WHBPU)，利用长链脂肪酸将WHBPU的羟基进行封闭，合成制备出端基封闭型超支化水性聚氨酯(SWHBPU)，并将SWHBPU共混到水性聚氨酯乳液中，得到超支化水性聚氨酯共混改性聚氨酯涂层剂(SWHBPU-PU)。该涂层剂稳定性好、粘度低且固含量高，成膜后具有良好的力学性能。

本发明的一种超支化水性聚氨酯涂层剂，该涂层剂的具体制备步骤如下：

步骤1)WHBPU的合成

①将二羟甲基丙酸(DMPA)按质量比1∶4～5溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，然后将该混合液滴加到50～80℃的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中，反应5～15h；

②将上述反应液温度降至-25～0℃，向反应液中滴加二乙醇胺(DEOA)，滴加完毕后反应2～6h；

③将上述反应液温度升到80～110℃，并将二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡按照占总质量为0.1～5％的比例关系滴加到该反应体系中，继续反应1～5h，得到WHBPU溶液，减压蒸馏脱去溶剂、干燥后得所需WHBPU。

步骤1)中所述异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸和二乙醇胺的摩尔比为1∶0.3～0.6∶0.35～0.65。

步骤2)SWHBPU的合成

将步骤1)得到的WHBPU与封端剂混合，WHBPU中的羟基和封端剂的摩尔比为1∶1～2，然后将催化剂滴加到反应体系中，催化剂占加入后总质量的0.5～5％，再将上述混合液加入到4～5倍于混合液质量的吡啶中，在80～120℃下反应2～6h，得到SWHBPU粗品，减压蒸馏脱去溶剂、干燥后得所需SWHBPU。

其中所述封端剂为硬脂酸、棕榈酸、豆蔻酸、月桂酸、油酸、亚油酸中的一种；

其中所述催化剂为浓硫酸或对甲苯磺酸。

步骤3)SWHBPU-PU的制备

制备SWHBPU-PU所需的各组分原料的质量百分比如下：

SWHBPU-PU的具体制备步骤如下：