[发明专利]一种有机硅阳离子水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机硅阳离子水性聚氨酯的制备方法，属于化工技术领域。

背景技术

阳离子水性聚氨酯继承了水性聚氨酯(WPU)不易燃、无毒、环境友好等优点的同时，由于其所形成离子为季铵盐,粒子带正电荷，与空气中粉尘所带的电荷相同，具有一定的防尘作用；其粘结性能也较好，可用作一些基材的胶粘剂；此外阳离子水性聚氨酯也具有一定的杀菌作用，可以广泛用作织物整理剂。但将预聚体进行季钱盐化的工序比较复杂，成本较高，产品黄化严重，乳化产品有时候不够稳定，其胶膜在耐热性，耐水性、拉伸强度方面性能欠佳，所以给工业化生产带来困难(张威，王焕，许戈文.涂料技术与文摘[J].改性阳离子水性聚氨酯研究进展，2011,12:18-20)。有机硅氧烷改性水性聚氯酯，因有机硅氧烷表面能低的独特化学结构使其在成膜过程中向表面富集，可以改善水性聚氨酯的耐水性、耐油性、耐高低温性能以及拉伸强度性能(周亭亭；杨建军.化工新型材料[J].有机硅改性水性聚氨酯的研究进展,2010,9:69-71)。

有机硅引入水性聚氨酯的方法主要有两种：一种方法是将含有羟基或胺基的硅氧烷树脂或单体与二异氰酸酯反应，将有机硅氧烷引到水性聚氨酯中，利用硅氧烷的水解缩合交联来改善水性聚氨酯的性能；另一种方法是在环氧硅氧烷作为后交联剂引入到体系中，形成环氧交联改性水性聚氨酯体系，可改善分散体的耐水性和力学性能(周亭亭；杨建军.化工新型材料[J].有机硅改性水性聚氨酯的研究进展,2010,9:69-71)。

阳离子型水性聚氨酯的合成机理分为两种：一种是合成聚氨酯预聚体然后以卤化物作为扩链剂，与三级胺的亲核取代反应；另外一种是在聚氨酯主链中引入三级胺后再进行氨基化。这两种方法都需要将聚氨酯加酸成盐，一般采用丙酮法和熔融法。

杜郢等以甲苯二异氰酸酯，聚酯、聚醚混合多元醇为基本原料，N－甲基二乙醇胺(MDEA)为亲水扩链剂，羟丙基聚二甲基硅氧烷、单硬脂酸甘油酯为改性剂，合成出疏水型阳离子型水性聚氨酯乳液，对涂膜性能的研究表明，羟丙基聚二甲氧基硅烷和单硬脂酸甘油脂加入到聚氨酯体系中，均能显著提高聚氨酯的耐水性(杜郢；顿全秀.涂料工业[J].疏水型阳离子水性聚氨酯的合成与性能研究,2011,3:38-41)。Li等以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃(PTMG)、羟基硅油(HPMS)和N－甲基二乙醇胺(MDEA)一起作为扩链剂，三羟甲基丙烷(TMP)作为交联剂，成功地制得一系列羟基封端的HPMS改性聚氨酯乳液，并研究了各种因素(如:软硬段的分子质量、交联剂的用量、扩链剂的用量和种类)对机械性能和吸水率的影响。研究结果表明:软段分子质量和助溶剂的增加可以提高断裂伸长率，但增加软段分子质量的同时也增加了吸水率；交联剂的用量为3％时，拉伸强度和弹性模量都达到最大值，但伸长率却降低了，吸水率在交联剂用量为3％时也达到最大值；随着扩链剂用量的增加，拉伸强度降低了但断裂伸长率却增加了，吸水率随MDEA量的增加而增加(Li X R,Fei G Q,Wang H H.Mechanical and surface properties of membranes prepared from waterborne cationic hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane/polyurethane surfactant-free micro-emulsion[J].Journal of Applied Polymer Science，2006,100(1):40-46)。曲鹏飞和朱清峰以甲苯二异氰酸酯(TDI)、羟基硅油改性剂、聚醚多元醇(PPG)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、甲乙酮肟(MERO)等为主要原料，合成了有机硅改性封闭型阳离子水性聚氨酯，研究结果表明羟基硅油的引入使软、硬段的玻璃化转变温度降低(曲鹏飞；朱清峰.印染助剂[J].有机硅改性封闭型阳离子水性聚氨酯的合成与性能,2012,2:20-23)。易运红等人以甲苯－2，4－二异氰酸酯(TDI)，聚乙二醇(PEG)，聚丙二醇(PPG)乙二醇，有机硅，二甲基乙醇胺为主要原料合成了有机硅改性水性阳离子聚氨酯乳液，研究表明有机硅的加入改善了漆膜的耐水性、漆膜光泽性和手感，随着有机硅的加入量的增加，漆膜的耐水性提高、吸水率下降，膜的耐热性提高(易运红；张力.中国涂料[J].有机硅改性水性阳离子聚氨酯的合成与性能研究.2006.8:29-32)。