[发明专利]水分散型热塑性聚氨酯及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子化工领域，尤其是一种水分散型热塑性聚氨酯树脂及其生产方法。

背景技术

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，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，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性。生产水性聚氨酯树脂时，目前普遍采用的是丙酮法工艺，即首先合成含有亲水性基团的预聚体，再将将预聚体溶解在丙酮之中，以降低体系的黏度，再在高速搅拌下，加入大量水产生相倒转，水变为连续相从而形成聚氨酯聚合物的水分散体，最后蒸馏除去丙酮得到不含溶剂的水性聚氨酯树脂。但此种方法有以下一些缺点:首先，因为搅拌桨转速和电机功率的限制，预聚体黏度必须控制在可搅拌的范围内，因此也就无法获得较高分子量的聚氨酯聚合物，目前解决此问题的方法是在分散后的预聚体加入高活性氨基树脂进行扩链，但是此时由于水的存在，氨扩链和水扩链存在竞争，所得的聚氨酯聚合物为链段中存在氨基甲酸酯、脲基甲酸酯等多种成分，乳液粒径分布宽，储存稳定性不佳；同时丙酮法合成工艺时间较长，操作复杂，重复性不好。

热塑性聚氨酯（简称TPU）是广泛应用的一类聚氨酯材料，与溶剂法合成聚氨酯树脂的工艺不同，TPU合成时完全不使用溶剂，而是直接将熔化状态的原料进行物理混合，然后通过高温快速反应或者中温慢速熟化达到所需的分子量，整个过程不使用溶剂，操作简便易实现大规模连续生产。热塑性聚氨酯一般可溶于极性溶剂，如丙酮、丁酮、乙酸乙酯、甲苯等，但由于分子链上无亲水基团，因此无法分散于水中形成稳定的乳液。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种具有亲水性基团的水分散型热塑性聚氨酯树脂及其生产方法。

为了达到上述目的，本发明所设计的水分散型热塑性聚氨酯树脂，它由亲水性聚脂多元醇、非亲水性聚脂多元醇、二异氰酸酯组成，其中：亲水性聚脂多元醇的质量占总质量的15-35%，非亲水性聚脂多元醇的质量占总质量的65-75%，二异氰酸酯的质量占总质量的8-15%、扩链剂的质量占总质量的0.5-1.5%。

所述亲水性聚脂多元醇由已二酸、间苯二甲酸二甲酯－5－磺酸钠、新戊二醇、1，4-丁二醇组成，其中：已二酸的质量占上述组份总质量的25-55%，间苯二甲酸二甲酯－5－磺酸钠的质量占上述组份总质量的15-25%，新戊二醇的质量占上述组份总质量的10-25%，1，4-丁二醇的质量占上述组份总质量的15-30%。

所述非亲水性聚脂多元醇为已二酸和二元醇的反应物，二元醇是乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1，4－丁二醇、新戊二醇的一种或几种，作为优选，所述非亲水性聚脂多元醇为己二酸、1，4－丁二醇、新戊二醇三者的共聚物，分子量为2000。

所述二异氰酸酯为低活性芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯，作为优选，所述二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。

一种水分散型热塑性聚氨酯树脂的生产方法，第一步：合成亲水性聚脂多元醇，向带有真空脱水装置、装有温度计、搅拌器和冷凝装置的反应釜中加入配方量的己二酸，间苯二甲酸二甲酯－5－磺酸钠，新戊二醇，1，4-丁二醇，升温同时开始搅拌；当升温到160～190℃左右时，开始馏出水分和甲醇，继续升温至内温达到220℃，待馏出的水和甲醇接近理论量的时，并测定酸值小于或等于15mg/KOH时开始减压蒸出反应生成的低聚物和多余醇，当馏出物减少或变慢时，减压进行高真空反应，系统压力保持在80Pa以下，反应时间2.5-4小时，缩聚反应结束，在氮气保护下，解除真空出料得到亲水性聚酯多元醇；第二步：合成水分散型热塑性聚氨酯树脂，向反应釜中投入配方量的亲水性聚酯多元醇、非亲水聚酯多元醇、二异氰酸酯、扩链剂，在温度为70～80℃下搅拌反应2.5-4小时；所得的半液态预反应物料注入密闭容器中在45-60℃保温条件下放置一周后得到水分散型热塑性聚氨酯树脂。

作为优化，第一步中在投料的同时加入有机钛催化剂，且有机钛催化剂的质量大于或等于第一步投料总量的0.01%；第二步中在搅拌反应3小时后加入有机铋催化剂，再将所得的半液态预反应料注入密闭容器中，其有机铋催化剂的质量大于或等于第二步投料总量的0.005%；所述的有机钛催化剂为钛酸四异丙酯。

其中扩链剂为二元醇中的乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1，4－丁二醇、新戊二醇的一种，优选为：1，4-丁二醇。