[发明专利]一种有机硅改性的水性聚氨酯的制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种有机硅改性的水性聚氨酯的制备方法。以PBA‑1000，PTMG‑1000，IPDI，DMPA，KH‑550为主要原料，通过改变KH‑550的用量，制备了一系列的水性聚氨酯乳液；本发明制备出的水性聚氨酯固含量高，稳定性好，固含量达到50%，本发明中引入有机硅KH‑550，KH‑550成功反应进入聚氨酯链段，使制备出的水性聚氨酯耐水解性能十分优异，24h吸水率小于5%。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种有机硅改性的水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

聚氨基甲酸酯 (polyurethane)，简称聚氨酯（PU），是主链分子中含有氨基甲酸酯基（-NHCOO-）重复结构单元的高分子材料的统称。聚氨酯从20世纪30年代开始发展，至今有60多年的历史，由于其具有独特的加工性能，发展迅速，广泛应用于工业及日常生活中，已经成为继木材，水泥，金属材料之后的第四大材料，它可以制成聚氨酯泡沫塑料、涂料、橡胶、粘合剂、合成皮革、合成纤维、防水灌浆材料、铺装材料等多种产品，广泛应用于交通运输、电子设备、食品加工、合成皮革、建筑、机械、家具、服装、纺织、印刷、矿冶、体育、水利、国防、石油化工、医疗等众多领域。

有机硅-聚氨酯共聚物是一类新型高分子材料，从分子链段结构来看,它既含有优异介电性、柔韧性、耐水性、透气性及生物相容性的有机硅链段，同时又具有良好的热稳定性、耐候性及耐磨性的聚氨酯链段，已被广泛应用于电子工业及人造器官等领域。

目前含氨基的有机硅共聚改性聚氨酯的方式主要有两种，一种是利用双氨基封端的聚二甲基硅氧烷与聚氨酯形成嵌段共聚物；另一种是利用侧链含有多氨基基团的聚二甲基硅氧烷与聚氨酯接枝反应形成有机硅-聚氨酯共聚物。前者硅氧烷链段被嵌在聚氨酯主链中，它向表面迁移的能力受到主链的牵制，所以为了获得较好的表面改性效果，常需加入大量的氨基硅油，但这同时也会导致聚氨酯的力学强度明显下降。后者硅氧烷链悬挂在聚氨酯的主链上，有利于硅原子向表面迁移，只需加入少量的氨基硅油，就能改善聚氨酯的表面性质，但由于有机硅和聚氨酯两类聚合物的溶解度参数相差大，并且氨基硅油与二异氰酸酯反应迅速，所以聚合反应都需要在特殊溶剂中进行，这样虽然能提高聚氨酯的性能，但是有机溶剂易燃易爆炸，易挥发、气味大、具有毒性，生产和使用时都会造成环境污染，不利于环保。

制备水性聚氨酯（WPU）时，由于亲水基团的引入，使水性聚氨酯（WPU）胶膜耐水性较差，在实际应用中，这个缺点很大的阻碍了WPU的推广应用；在以往的研究工作中，有很多文献报道采用在有机硅低聚物链段中引入氰乙基和氯丙基等，由于考虑到该方法需要大量的有机溶剂，不符合环保要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机硅改性的水性聚氨酯的制备方法，本发明以水为溶剂，采用极性较大的硅烷偶联剂KH-550作为改性剂,制备水性聚氨酯；克服了传统制备方法中需要大量有机溶剂的缺点，本发明采用硅烷偶联剂KH-550作为改性剂制备出的水性聚氨酯具有较强的疏水性。

本发明是通过如下技术方案解决上述技术问题的，一种有机硅改性的水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

1）反应器中加入PBA-1000（分子量为1000的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇）和PTMG-1000（分子量为1000的聚四氢呋喃二醇）升温至105℃，真空脱水2h；

2）降温至60℃，加入第一部分异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI），并加入催化量的二月桂酸二丁基锡（DBTDL），通氮气，升温至80℃，反应1小时；

3）降温至75℃，加入第二部分异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI），然后加入2,2-二羟甲基丙酸（DMPA），升温至80℃，反应至NCO含量到达理论值得预聚体；

4）降温至50℃，加入丙酮与KH-550，升温至回流温度反应1h；