[发明专利]聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯、聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯、聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

聚氨酯涂料是一类应用广泛的合成材料，现有的聚氨酯涂料主要为溶剂型，所用的溶剂如甲苯、苯、丁酮等大多易燃、易爆、易挥发、气味大，使用时会造成一定的空气污染，对人体造成潜在的伤害。

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，近年来被广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

根据所使用的聚合物二元醇的不同，水性聚氨酯主要分为聚酯型和聚醚型两大类。聚酯型水性聚氨酯分子中含有大量的酯键，粘结强度高、耐刮擦性等机械性能优异，如专利CN201110258270.9、CN200910150652.2，然而，聚酯型水性聚氨酯耐水解性差，主要用于木器漆、室内涂料等对水解要求较低的场所；聚醚型水性聚氨酯耐水解性及耐低温性好，然而，聚醚型水性聚氨酯耐磨性、粘结性能等机械性能差，导致产品的应用受到限制，虽然采用聚四氢呋喃、聚碳酸亚己酯二醇可以得到粘结强度高、耐磨性及耐刮擦性能优良的水性聚氨酯涂料，但产品成本高，不利于工业化的大规模生产，限制了其使用和推广。

另外，聚醚型和聚酯型水性聚氨酯的制备原料都是石化产物，因而，所得到的水性聚氨酯都无法摆脱对石化资源的严重依赖，造成了资源消耗。

发明内容

为解决现有技术中水性聚氨酯及水性聚氨酯涂料对石化资源的严重依赖，

进一步提高水性聚氨酯涂料的机械性能及耐水解性，本发明提供聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯、聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯涂料及其制备方法。

本发明提供一种聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯，结构式为式(I)：

式(I)

式(I)中，m，n为整数，10≤m≤70，10≤n≤70；

R为 、、或；

R₁为、、或；

R₂为、或；

R₃为、或。

本发明还提供一种聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯，结构式为式(II)：

式(II)

式(II)中，m，n为整数，10≤m≤70，10≤n≤70；

R为 、、或；

R₁为、、或；

R₄为或。

本发明还提供上述具有式(I)结构的聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

(1)惰性气氛下，将聚(碳酸酯-醚)二元醇与二异氰酸酯在溶剂中反应，得到第一中间体；

(2)将第一中间体与胺类亲水扩链剂在溶剂中反应，得到第二中间体；

(3)第二中间体与小分子二元醇扩链剂在溶剂中反应，加入去离子水乳化后，加入质子酸中和剂，反应后得到具有式(I)结构的聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯。

优选的是，所述的聚(碳酸酯-醚)二元醇的数均分子量为1500~7000道尔顿。

优选的是，所述的二异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或1，6-己二异氰酸酯。

优选的是，所述的胺类亲水扩链剂为N-甲基二乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。

优选的是，所述的小分子二元醇扩链剂为乙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇。

优选的是，所述的质子酸中和剂为硫酸、羟基乙酸或三氟乙酸。

本发明还提供上述具有式(II)结构聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

(1)惰性气氛下，将聚(碳酸酯-醚)二元醇与二异氰酸酯在溶剂中反应，得到第一中间体；

(2)将第一中间体、催化剂和羧基类亲水扩链剂在溶剂中反应，得到第二中

间体；

(3)第二中间体与小分子二元醇扩链剂在溶剂中反应，加入去离子水乳化后，加入胺类中和剂，反应后得到具有式(II)结构的聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯。

优选的是，所述的聚(碳酸酯-醚)二元醇的数均分子量为1500~7000道尔顿。