[发明专利]一种亲水性单组份水固化聚氨酯及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种聚氨酯，属于材料和化工领域，具体地说是一种亲水性单组份水固化聚氨酯及其制备方法。

(二)背景技术

聚氨酯固化后涂膜具有良好的装饰性、优异的粘结性、耐摩擦性、高弹性、和光泽度，深受市场和广大消费者亲睐。目前使用较多的是溶剂型聚氨酯。近年来由于人们对环境保护的需要，低挥发性有机化合物(VOC)含量的聚氨酯日益引起人们的广泛关注。低VOC含量聚氨酯性能的改善主要体现在以下两个方面：1)提高聚氨酯固含量来最大限度的减少溶剂用量，降低VOC含量；2)减少聚氨酯中游离异氰酸酯单体含量，开发高性能、无毒的聚氨酯。

近年来，单组份水固化聚氨酯的研究日益活跃，水固化聚氨酯以水为固化剂，施工方便且无毒、无味、无污染，既保持了溶剂型聚氨酯优良的物理机械性能，同时所需溶剂少，因此溶剂的挥发大大降低，对环境的影响小，更为环保。但单组份水固化聚氨酯固含量低、固化时间长、保水量低。

(三)发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种亲水性单组份水固化聚氨酯的制备方法，解决了单组份水固化聚氨酯固含量低、固化速度慢、保水量低的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种亲水性单组份水固化聚氨酯，采用阴离子开环聚合手段，以聚乙二醇作为起始二元醇，在KOH存在的条件下，与环氧丙烷进行开环聚合，通过调节聚乙二醇分子量、聚乙二醇加入量以及环氧丙烷加入量，合成具有不同分子量及亲疏水链段长度的多元醇；在催化剂的作用下，将制备出的多元醇与异氰酸酯反应，再加入适量的增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂混合，降至室温，出料后加入稀释剂，制备出制备出端基为-NCO基团的聚氨酯预聚体；将聚氨酯预聚体和水按照质量份数1∶1-1∶35进行反应，得到亲水性单组份水固化聚氨酯；

所述聚氨酯预聚体原料组成及各组分质量份数如下：

聚乙二醇：20-60份；KOH：0.2-5份；环氧丙烷：3-20份；催化剂：0.2-1份；异氰酸酯：0.6-25份；增塑剂：0-2份；抗氧化剂：1-5份；紫外线吸收剂：0.1-1份；稀释剂：4-18份。

其中所述的聚乙二醇分子量范围是1000-10500。

其中所述的催化剂为三乙胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或两种。

其中所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。

其中所述的增塑剂为三甘醇或四甘醇的脂肪族二酯、邻苯二甲酸二异辛酯、癸二酸二烷基酯、乙二酸二烷基酯、磷酸三有机酯中的一种或几种。

其中所述的抗氧化剂为酚类、膦类、酯类有机物中的一种或几种。

其中所述的紫外线吸收剂由0-80份的苯并三唑和20-100份的苯酮组成。

其中所述的稀释剂为丙酮、丁酮中的一种或两种。

一种亲水性单组份水固化聚氨酯的制备方法，包括步骤如下：

1)按照上述质量份数称取各组分；

2)将聚乙二醇与KOH加入到四口烧瓶中，在真空度为0.1MPa、温度为100-120℃油浴条件下脱水1-3h，降温至70℃-90℃；

3)将冷凝管、温度计及氮气接口接入到四口烧瓶中，抽真空及氮气置换3-5次，以除尽四口烧瓶内的空气；保持该温度不变，在氮气保护的条件下，利用恒压滴液漏斗滴加上述质量份数的环氧丙烷，滴加完毕后继续反应直至无回流现象，冷却至室温，得粗多元醇；

4)向步骤3)的粗多元醇中加入二氯甲烷，利用真空抽滤装置，用硅藻土代替滤纸以除去KOH，调节pH为5-6，并加入干燥剂、浓缩得到多元醇；

5)将步骤4)得到的多元醇加入到装有温度计、电搅拌器的三口烧瓶中，升高温度至50-75℃，加入上述质量份数的催化剂、异氰酸酯，反应1.5-3h，再加入上述质量份数的增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，继续反应1-2h，降低温度至室温，加入稀释剂，得到端基为-NCO基团的聚氨酯预聚体；

6)将步骤5)制备的聚氨酯预聚体和水按照质量份数1∶1-1∶35进行反应，得到亲水性单组份水固化聚氨酯；

其中步骤4)所述的干燥剂为硫酸镁、氯化钙、氯化镁中的一种或几种。

本发明方法简单，操作简便，所得产品固含量在80％-89％、保水量≥35，与水混合后固化时间为30s-1800s，而且具有良好的柔韧性、耐候性、耐酸碱性以及储存稳定性，在治理水土流失和制备防水材料等方面有广阔的应用前景。，

附图说明

图1为本发明实施例1中聚氨酯预聚体的FT-IR图。