[发明专利]水性聚氨酯及其制备中间体和制备方法

说明书

本发明公开了一种水性聚氨酯及其制备中间体以及其制备方法。其中水性聚氨酯的制备方法包括S1、制备具有如下式Ⅰ所示结构的中间体，S2、在预聚反应条件下，促使所述中间体与多元醇、第一多异氰酸酯和数均分子量小于250g/mol的含有两个羟基的有机羧酸接触反应，形成预聚体；S3、在乳化条件下，对所述预聚体进行乳化处理，在扩链条件下，对经乳化处理的预聚体进行扩链处理。该方法通过在预聚反应的过程中添加具有式Ⅰ所示结构的中间体，能够制备粘度相对较低的预聚物，无需采用有机溶剂，即可直接乳化制备高固含量的水性聚氨酯。

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯生产领域，具体地，涉及一种水性聚氨酯、用于制备前述水性聚氨酯的制备中间体、以及前述水性聚氨酯的制备方法。

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，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。已被广泛应用于皮革涂饰、汽车涂装、纤维处理、造纸工业助剂、涂料和胶黏剂等领域。

水性聚氨酯的制备方法有外乳化法和自乳化法两种，外乳化法是采用外加乳化剂，在高剪切力存在下将聚氨酯预聚体分散在水中的强制乳化法，该法所得的乳液粒径较大(0.7-3μm)，储存稳定性不好。并且由于使用了较多的乳化剂，亲水性小分子乳化剂的残留会使得聚氨酯膜的物理性能变差。因此目前水性聚氨酯的制备以离子型自乳化法为主，即在聚合物链上引入适量的亲水基团，在一定条件下自发分散形成乳液。自乳化法又可分为丙酮法、预聚体分散法、熔融分散法和酮亚胺/酮连氮法。前述的自乳化法中以丙酮法和预聚体分散法较为成熟，其中：

丙酮法是通过先用多元醇与二异氰酸酯反应制成端基为NCO的高粘度预聚体，加入低沸点如丙酮使粘度降低，然后用亲水单体扩链，在高速搅拌下加入水、分散后减压蒸馏出去丙酮(可以回收)。

预聚体分散法：合成以NCO为端基的预聚体，当相对分子质量不太大而粘度较小时，不加或加入少量溶剂，先用亲水单体部分扩链，在高速搅拌下将其分散于水中，再用反应活性高的而胺类物质进行扩链。

其中丙酮法的扩链反应在均相体系中进行，易于操作，重复性好，乳液质量高，适应性广，但耗用大量溶剂，而且生产效率低、能耗大、成本较高。预聚体分散法的优点是节省有机溶剂，可制备有支化度的聚氨酯乳液，且乳液的稳定性较好，便于工业化连续生产，但扩链剂需从水相扩散到预聚物离子中方能与-NCO反应，不能按化学定量方式进行，影响产品的质量和重现性。

发明内容

本发明的目的是提供一种水性聚氨酯及其制备中间体和制备方法，在水性聚氨酯的制备过程中无需采用溶剂(丙酮)，且制备方法的重现性较好。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种水性聚氨酯的制备方法，该方法包括：

S1、制备具有如下式Ⅰ所示结构的中间体，

式Ⅰ中R₁为具有如下式Ⅱ、式Ⅲ和式Ⅳ中任一种所示结构的结构单元，R₂选自C₅-C₉烷基、C₅-C₉环烷基或C₆-C₁₀芳基中的任一种；X为氧、NH或NR₃，其中R₃为C₃-C₆烷基或C₃-C₆环烷基；Z为(CH₂)_n或C₆H₄，n为1-12中的整数；M为选自Na⁺、K⁺、NH₄⁺或NR′₄⁺，R′为C₁-C₄烷基；