[发明专利]一种无溶剂水性聚氨酯树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种无溶剂水性聚氨酯树脂的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是以水作为分散剂替代有机溶剂发展起来的新兴高分子材料，其特殊的分子结构及聚集状态,使其具有优异的耐磨蚀、柔韧性、附着力和耐化学品性等性能,其所形成的涂膜机械性能好、耐磨性好、硬度高、耐水、耐化学、耐老化等优异性能,可广泛应用于轻纺、印染、皮革加工、涂料、粘合剂、木材加工、建筑和造纸等领域。

水性聚氨酯的制备方法可分为外乳化法和自乳化法两种。外乳化法又称强制乳化法，该方法是指将一定分子量的聚氨酯预聚体或预聚体溶液加入乳化剂，在强力搅拌下，将其分散于水中，制成相应的聚氨酯乳液或分散体。这是早期制备水性聚氨酯的方法。外乳化法制备的聚氨酯乳液粒径较大，一般大于0.1μm，外观白浊，储存稳定性较差，由于使用较多的乳化剂，使得产品的成膜性不良，并影响胶膜的耐水性、强度、韧性和粘接性。自乳化法又称为内乳化法，是指聚氨酯链段中含有亲水性成分，因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法。比较而言，用外乳化法制备的乳液中，残存的亲水性小分子乳化剂会影响固化后聚氨酯胶膜的性能，而自乳化可消除此弊病。自乳化法分为:丙酮法、预聚体法、熔融分散法和酮亚胺-酮连氮法。

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。傅和青（CN100480349C）将改性剂改性环氧树脂得到改性的环氧树脂，将多异氰酸酯和聚酯或聚醚多元醇反应，然后加入扩链剂，得到聚氨酯预聚体，用改性环氧树脂改性聚氨酯预聚体，得到改性的聚氨酯预聚体，最后将改性的聚氨酯预聚体加水用高速分散机分散，加入中和剂和交联剂，得到改性水性聚氨酯胶粘剂。

现阶段的水性聚氨酯树脂制备有两个过程，首先是亲水性预聚体的合成，其次为将预聚体中和，分散于水中，然后扩链得到最终的水性聚氨酯，在这两个过程中，体系的粘度是影响产物质量的一个非常重要的因素。合成预聚体过程中，体系粘度高，会引起物料混合不均匀和传热困难，不利于得到稳定的分散体。对于预聚体的粘度问题，传统解决方法是加入大量低沸点的有机溶剂帮助降粘，得到产物后再用抽真空的方法除去有机溶剂，此种方法的缺点是消耗了大量有机溶剂和能源，体系中残留有部分可挥发性有机溶剂，对环境有一定污染，同时制备得到的产物都具有强度不高、耐磨性一般的缺点，因此难以满足日益增长的市场的需要。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种无溶剂水性聚氨酯树脂的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术手段进行：

一种无溶剂水性聚氨酯树脂的制备方法，按下述步骤进行：

（1）在20-80℃下，将氨基型笼型倍半硅氧烷加入到异氰酸酯单体中，反应至清亮；

（2）向（1）所得产物中加入乙氧基封端聚合物二醇、亲水性功能单体、二元醇和催化剂二月桂酸二正丁基锡，预聚反应过程中控制R值为1.50-3.00，于40-70℃反应1-2h后升温至70-90℃继续反应1-2h后降至室温；上述R值指体系中总NCO基团的摩尔数与体系中总OH基团的摩尔数之比；

（3）向（2）所得产物中加入中和剂和水进行分散；

（4）于30-50℃加入扩链剂进行扩链反应2-4h，降至室温，得到水性聚氨酯。

所述的无溶剂水性聚氨酯树脂的制备方法，步骤（1）所述的氨基型笼型倍半硅氧烷可以为以下T8、T10、T12或T14结构中的任意一种：

R为-CH₂-CH₂-CH₂-NH₂。

步骤（1）所述的异氰酸酯单体可以为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、亚甲基-二环己基-4,4-二异氰酸酯或甲基环己基二异氰酸酯中的一种。

步骤（2）所述的乙氧基封端聚合物二醇可以为具有以下结构（Ⅰ）或结构（Ⅱ）中的一种：

（Ⅱ）

其中n为1-1000。

步骤（2）所述的亲水性功能单体可以为二羟甲基丙酸、N-甲基二乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二甲基乙二胺或N,N-二乙基乙二胺中的一种。