[发明专利]一种水性聚氨酯分散体及其无溶剂制备方法

说明书

本发明提供一种水性聚氨酯分散体及其无溶剂制备方法，属于水性聚氨酯制备技术领域。解决现有的水性聚氨酯制备工艺中使用有机溶剂的问题。该方法是将至少一种多羟基低聚物多元醇、至少一种多异氰酸酯和小分子亲水扩链剂反应，得到末端带有NCO基团的聚氨酯预聚物；然后将末端带有NCO基团的聚氨酯预聚物和小分子中和剂反应，在60‑100℃下加入去离子水，在搅拌下分散后将反应体系的环境温度降至20‑50℃，然后再加入去离子水，分散后得到预聚物分散液；最后将预聚物分散液和磺酸盐型多元胺亲水扩链剂反应，然后再和多元胺扩链剂反应，得到水性聚氨酯分散体。本发明还提供上述制备方法得到的水性聚氨酯分散体。该方法在制备过程中没有加入有机溶剂，具有环保性。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯制备技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯分散体及其无溶剂制备方法。

背景技术

聚氨酯因其优异的性能被广泛用于涂料、胶黏剂、合成革、密封胶、弹性体等。而由于人类社会对环保问题的日益重视，愈加严厉的生态学及其他法律规定使得传统溶剂型聚氨酯的发展受到限制，也直接激发了水性聚氨酯的开发与应用，而涂料及粘接剂领域表现得尤为显著。

水性聚氨酯是指聚氨酯溶解或分散于水中而形成的聚氨酯树脂，其制备方法主要有传统的丙酮法及预聚体分散法。EP373671-A中描述了利用丙酮法制备水性聚氨酯，主要是将过量的多异氰酸酯与低聚物多元醇及带亲水基团的小分子多元醇反应，制备出异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，紧接着用小分子二元醇进行扩链反应，得到高分子量聚氨酯。过程中，大量丙酮、氮甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等有机溶剂被用来降低体系粘度。随后，中和剂及大量的水使聚氨酯溶液分散于水中，待减压蒸馏脱除有机溶剂后得到最终的无溶剂型水性聚氨酯。

在US4598121-A中描述了预聚体分散法制备水性聚氨酯的方法，主要是将过量的多异氰酸酯与低聚物多元醇及带亲水基团的小分子多元醇反应，制备出聚氨酯预聚物，其间加入适量有机溶剂降粘。随后将反应温度降低至30-40℃，并加入中和剂和大量水形成聚氨酯预聚物分散液，待分散完全后加入多元胺扩链剂与异氰酸酯基团发生扩链反应，最后脱除有机溶剂，得到最终的水性聚氨酯。

制备水性聚氨酯的工艺经过近七十年的发展已经趋于完善，然而其制备过程中难免使用有机溶剂降低粘度，且引入的有机溶剂通常需要加热减压蒸馏法脱除，虽然能够实现溶剂的回收，但因为回收的有机溶剂为复杂的混合物，使其再利用受到限制。显而易见，水性聚氨酯制备过程对有机溶剂的依赖性造成了资源及能源的浪费，且制备得到的产品因难以保证完全无溶剂，限制了水性聚氨酯产品的工业生产及日常使用，成为制约其发展的技术瓶颈，至今仍未攻克。

既然有机溶剂的引入是用来降低在水性聚氨酯制备过程中反应体系较高的粘度，那么如果能够在不用有机溶剂的基础上实现反应体系粘度的控制，则能够实现水性聚氨酯的无溶剂制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的水性聚氨酯制备工艺中使用有机溶剂的问题，而提供一种水性聚氨酯分散体及其无溶剂制备方法。

本发明首先提供一种水性聚氨酯分散体的无溶剂制备方法，该方法包括：

步骤一：氮气保护下，将至少一种多羟基低聚物多元醇、至少一种多异氰酸酯和小分子亲水扩链剂反应，得到末端带有NCO基团的聚氨酯预聚物；

步骤二：将步骤一得到的末端带有NCO基团的聚氨酯预聚物和小分子中和剂反应，然后在60-100℃下加入去离子水，在搅拌下分散后将反应体系的环境温度降至20-50℃，然后再加入去离子水，分散后得到预聚物分散液；

步骤三：将步骤二得到的预聚物分散液和磺酸盐型多元胺亲水扩链剂反应，然后再和多元胺扩链剂反应，得到水性聚氨酯分散体；