[发明专利]一种耐高温水性聚氨酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料化学合成领域，尤其涉及一种耐高温水性聚氨酯及其制备方法。

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聚氨酯体系，与溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有无毒、不易燃、对环境友好等特点，且水性聚氨酯结构-性能的可调节性使其同时具有弹性体和塑料的性质以及优良的耐磨性和附着力等，因而在建筑、家具、皮革、纺织、汽车、印刷等部门使用越来越普遍。

水性聚氨酯的分子主链中含有重复的氨基甲酸酯基(-NHCOO-)结构单元，氨基甲酸酯键的初始热分解温度较低，为140-160℃；再加上水性聚氨酯的分子结构多为线性，较少交联；因而现阶段水性聚氨酯的耐高温性普遍较差。当温度在80-90℃时，聚氨酯一些重要的力学性能，如模量、强度等，都会发生明显下降，加工温度若超过200℃时，聚氨酯将发生热降解，远不能满足有耐热性需求材料的要求，这在一定程度上限制了水性聚氨酯的应用领域。

水性聚氨酯的耐热性主要取决于分子链结构和分子的聚集态，通常用软化温度和热分解温度来衡量。异氰酸酯的种类对水性聚氨酯的耐热性能影响很大，一般来说，异氰酸酯的刚性、规整性、对称性越好，水性聚氨酯材料的热稳定越高。二元胺扩链剂能形成脲键，脲键的极性和氢键作用大于氨酯键，因此耐热性要好于二元醇扩链剂；此外扩链剂对称性越高，耐热性越好。聚酯型聚氨酯含强极性的酯基，软段上的极性基团能部分与硬段上的极性基团形成氢键，使硬段相能更均匀地分布于软段相，起到弹性交联点的作用，因此聚酯型聚氨酯的耐热性、耐热降解性比聚醚型的要好。

除了寻找符合要求的合成原料，还可以通过复合共聚改性提高水性聚氨酯的热稳定性。目前改进水性聚氨酯耐热性的主要方法是利用耐热性好的成分对水性聚氨酯进行改性，如硅酸盐改性、丙烯酸酯改性、有机膨润土改性等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐高温水性聚氨酯及其制备方法。本发明的水性聚氨酯经由耐热性佳的原料合成得到，并通过环氧树脂和有机硅的双重改性大大提高了其耐高温性。

本发明的具体技术方案为：一种耐高温水性聚氨酯，包括以下重量份的组分制得：

芳香族聚酯多元醇20-60份，

芳香族多异氰酸酯10-20份，

小分子扩链剂2-8份，

亲水性扩链剂2-8份，

催化剂0.01-0.05份，

二苯基二硅醇改性环氧树脂4-8份，

羟烷基封端甲基苯基硅氧烷5-15份，

中和剂2-8份，

去离子水40-100份。

环氧树脂是分子中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物。除环氧基以外，环氧树脂中还含有羟烷基官能团，在与水性聚氨酯的反应过程中，可以向水性聚氨酯的主链中引入更多的支化结构，形成部分网状结构，从而改善水性聚氨酯涂膜的抗张强度、耐水性、耐热性、耐溶剂性和耐化学品性。在催化剂存在下，异氰酸酯基团(-NCO)会和环氧基反应生成恶唑烷酮环，含该结构的聚合物通常呈高耐热性。

此外本发明选用改性的环氧树脂作为原料对聚氨酯进行改性，二苯基二硅醇改性后的环氧树脂能够进一步提高产品的耐热性。

有机硅是硅烷单体及聚硅氧烷的统称，聚有机硅氧烷是一种分子链主链上含有重复的Si-O键，有机基团直接键接在硅原子上的聚合物。有机硅的这种特殊结构和组成，赋予它具有较好的耐高温、耐水性、耐候性和优良的透气性及低表面能等优点，用其改性的水性聚氨酯必能大大提高WPU的耐温性和耐水性。聚合物改性的方式一般分为共混改性和共聚改性两种，但在有机硅改性水性聚氨酯时，由于有机硅与聚氨酯溶度参数相差很大，简单共混、原位聚合或是形成互穿网络聚合物的结果，都不令人满意；而通过含有端羟烷基或端氨基的聚硅氧烷与二异氰酸酯或扩链剂进行共聚反应，是有机硅对WPU改性较为有效的途径。

此外本发明选用改性的有机硅作为原料对聚氨酯进行改性，改性后的硅氧烷分子链上连有苯基，能够进一步提高耐高温性能。

并且由于上述有机硅和环氧树脂是预改性的，也克服了在制备改性聚氨酯过程中由于反应时间较短，改性物无法被充分接枝的的技术问题。

本发明通过环氧树脂和有机硅双重改性，可协同增强水性聚氨酯的耐热性，并在其他性能上实现优势互补。

作为优选，所述芳香族聚酯多元醇选自苯酐聚酯多元醇、对苯聚酯多元醇；所述苯酐聚酯多元醇、对苯聚酯多元醇的分子量为900-1100或1900-2100。