[发明专利]一种无助溶剂水性聚氨酯的制备方法

说明书

本发明涉及一种无助溶剂水性聚氨酯的制备方法，包括：室温下，将2,2‑二羟甲基丙酸DMPA和脂肪族二元醇共混，在搅拌、氮气保护的条件下，加热至DMPA完全熔融，冷却至室温，得到低熔点扩链剂；将低熔点扩链剂与齐聚物多元醇混合后减压脱水，加入二异氰酸酯，在氮气保护条件下，70‑90℃反应1‑3h，得到聚氨酯预聚体；将聚氨酯预聚体降至室温，加入三乙胺中和，然后加入去离子水并分散在去离子水中，加入乙二胺进行扩链，得到水性聚氨酯。本发明的方法简单，制备得到的水性聚氨酯安全，环保，适用于工业生产。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯的制备领域，特别涉及一种无助溶剂水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯不同于传统的溶剂型聚氨酯，是以水代替有机溶剂作为分散介质的一种环境友好型材料。水性聚氨酯种类有很多，其中阴离子型水性聚氨酯使用的最为广泛。目前工业上普遍采用丙酮法制备阴离子型水性聚氨酯，在众多阴离子型扩链剂中，二羟甲基丙酸(DMPA)是使用最广泛的一种，但其弊端在于DMPA的熔点高(160℃-170℃)，在丙酮中的溶解度较低，很难加热溶解，这就需要加入助溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等来溶解DMPA，加快DMPA的扩链反应。但NMP、DMF是有毒、有害的有机溶剂，并且其沸点高，很难从制备出的水性聚氨酯中除去，在使用过程中会给环境保护和人体安全带来极大地隐患，因此迫切需要一种新工艺来解决DMPA溶解难的问题。

目前关于有关制备不含助溶剂的水性聚氨酯的研究并不多，例如，Lee和Kim等人使用二羟甲基丁酸(DMBA)为扩链剂，制备水性聚氨酯，DMBA结构与DMPA类似，侧链上的甲基换成了乙基，使得其熔点降为(105℃-115℃)，制备过程中无需使用NMP或DMF等助溶剂来溶解，可直接加入到体系中参与反应。([1]Lee S J,Kim B K.Covalent incorporation ofstarch derivative into waterborne polyurethane for biodegradability[J].Carbohydrate Polymers,2011,87(2):1803–1809.[2]Kim B S,Kim B K.Enhancement ofhydrolytic stability and adhesion of waterborne polyurethanes[J].Journal ofApplied Polymer Science,2005,97(5):1961–1969.)Xiao等人使用2,4-二氨基苯磺酸钠(SDBS)为扩链剂，制备水性聚氨酯，SDBS的熔点较低且能溶解于去离子水中直接加入到反应体系中，从而避免使用助溶剂([3]Xiao Y,Fu X,Zhang Y,et al.Preparation ofwaterborne polyurethanes based on the organic solvent-free process[J].GreenChemistry,2016,18(2):412-416.)。但二羟甲基丁酸(DMBA)和2,4-二氨基苯磺酸钠(SDBS)价格昂贵，经济性较差，难以在工业上得到广泛的应用。此外还有研究利用DMPA和活泼单体如：己内酯、环氧乙烷、环氧丙烷以及四氢呋喃的开环反应降低扩链剂的熔点，从而进一步制备无助溶剂的水性聚氨酯([4]陈大俊,吴键儒.一种用于水性聚氨酯的扩链剂的制备方法:CN103214668，2015.)，但此方法工艺复杂，成本高。因此，需要一种经济性高且工艺简单的方法来解决DMPA溶解难的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无助溶剂水性聚氨酯的制备方法，该方法工艺易行，设备简单，生产的水性聚氨酯不含高沸点的有毒助溶剂，更加安全、环保。

本发明的一种无助溶剂水性聚氨酯的制备方法，包括：

(1)室温下，将2,2-二羟甲基丙酸DMPA和脂肪族二元醇共混，在(机械)搅拌、氮气保护的条件下，加热至DMPA完全熔融，冷却至室温，得到低熔点扩链剂；