[发明专利]一种制备水性聚氨酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于水性聚氨酯的制备技术领域，具体涉及一种制备水性聚氨酯的方法。

背景技术

聚氨酯的特征是在高分子的主链上含有重复的氨基甲酸甲酯键结构单元-NHCOO-，通常由二元或多元异氰酸酯与聚醚多元醇或聚酯多元醇反应而成。由于聚氨酯的原料品种相当丰富，能制成形态各异的产品，被化学工程师誉为“可裁剪的”聚合物，应用十分广阔。水性聚氨酯则是将聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一种聚氨酯体系，有人也称水性聚氨酯为水系聚氨酯或水基聚氨酯。

目前国内大部分的聚氨酯产品都是溶剂型的，产品中一般含有毒有害的如苯、甲苯、丙酮之类的有机溶剂，在产品的使用过程中这些溶剂的挥发会造成环境污染，危害人们身体健康。水性聚氨酯包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液3种，是以水为介质的二元胶态体系，聚氨酯粒子分散于连续的水相中。水性聚氨酯虽然历史不长，但发展却非常迅速，它可以调配成不含或含有少许共溶剂的涂料和胶粘剂，虽然某些性能与溶剂型聚氨酯还存在一定的差距，但具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点，使得它在织物、皮革涂饰及粘合剂等许多领域得到了广泛的应用，逐步代替了溶剂型聚氨酯。现在，水性聚氨酯已形成体系，并不断扩大。特别是近年来，由于溶剂价格的高涨和环保部门对有机溶剂使用和废物排放的严格限制，使水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯成为一个重要发展方向。对于水性聚氨酯的研究，国内起步较晚，其生产和应用也较为落后。首先是沈阳皮革所于1976年开始研制，此后相继有北京的水性聚氨酯乳液、天津皮革所的PU-1型乳液及PU型乳液的生产。进入80年代后，国内的研究所、大专院校和化工厂纷纷投入到水性聚氨酯的研究中来，与此同时，与之相关的应用领域也得到了快速的发展。江苏省化工研究所研制的聚氨酯水乳胶，可应用在针织品、坊路坯等方面，华东理工大学借助DSC、DMA、FTIR等手段讨论了乙二胺和水作扩链剂制备聚氨酯脲-聚甲基丙烯酸甲酯水分散液时扩链剂对乳液的分子链结构和性能的影响。近十年来，我国水性聚氨酯的合成和性能研究得到较快的发展。南京大学合成了一种硅氧烷改性的聚氨酯水乳液，并对其性能进行了研究；山西化工研究院和太原理工大学发挥各自的优势，合作开发了一种新型的单组分水性聚氨酯产品。但是水性聚氨酯的合成工艺复杂，合成的聚氨酯乳液分散不均匀，易沉淀，且在柔韧性、粘结性等物理指标上均不太理想。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备水性聚氨酯的方法，具有方法简单、易操作和乳液均匀稳的特点，本发明的产品不仅具有溶剂型聚氨酯的耐低温、柔韧性好、粘结强度大的优良性能，具有不燃、气味小、不污染环境的溶剂型聚氨酯所不具备的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备水性聚氨酯的方法，包括以下步骤：

1）在装有电动搅拌器、温度计的反应釜中，加入在110℃下干燥的聚酯二醇PBA，温度保持在60～70℃，分两次加入4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI的丙酮溶液，4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯与聚酯二醇PBA的摩尔用量比为1.9～2.1，第一次先加入一半的4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI的丙酮溶液，反应10～20min，然后加入含有二羟甲基丙酸DMPA的N，N-二甲基甲酰胺DMF溶液，其中二羟甲基丙酸DMPA的量占聚酯二醇PBA与4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI总质量的3～5%，搅拌反应5～10min后，第二次再加入剩余的4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI的丙酮溶液，然后加入催化剂二月桂酸二丁基烯，反应2～3h；

2）预聚反应结束后根据未反应的4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI 的量按1:1比例加入1，4-丁二醇BDO进行扩链，反应时间30～45min，在此期间观察体系黏度变化，若黏度过高加入丙酮降低黏度以保证反应完全；

3）将上述扩链反应后的预聚体降温至40℃，加入三乙胺TEA中和30～40min，降至室温后，在搅拌下加入去离子水乳化；

4）蒸馏脱除丙酮，得到自乳化阴离子型水性聚氨酯。

本发明的有益效果是：

水性聚氨酯材料的性能在很大程度上取决于软硬段的相结构和微相分离程度，因此在研制水性聚氨酯乳液是，异氰酸酯与多元醇的配比是影响乳液性能的重要因素之一。本实验对n(NCO)/n(OH)对乳液外观及稳定性的影响进行了研究，得出在n(NCO)/n(OH)为1.9～2.1是能够得到稳定的水性聚氨酯乳液。