[发明专利]一种零VOC水性聚氨酯分散体及制备方法

说明书

本发明公开了一种零VOC水性聚氨酯分散体，属于胶黏剂领域，其有效成分为一种阴离子型的水性聚氨酯乳液，所述零VOC水性聚氨酯分散体包括双羟基聚合物、多异氰酸酯、亲水剂、尿素和扩链剂；本发明同时公开了所述零VOC水性聚氨酯分散体的制备方法。本发明提供的一种零VOC水性聚氨酯分散体，采用含有环氧基和醛基的扩链剂制备水性聚氨酯分散体，即将熔融分散法中用到的甲醛水溶液扩链剂替换成其他的N‑烷基化试剂，制备方法简单，不含有丙酮、甲醛等挥发性有机物，能够合成零VOC的水性聚氨酯分散体，对人体和环境友好，达到真正绿色环保的目的。

技术领域

本发明属于胶黏剂领域，具体涉及一种零VOC水性聚氨酯分散体及制备方法。

背景技术

水性聚氨酯的连续相为水，具有安全，易保管存储、使用方便、成本低等优点，被广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。但随着人们环保意识的逐渐加强，以及国家对节能减排的控制，低VOC(挥发性有机化合物)甚至零VOC的水性聚氨酯新材料的应用研究引起了更为广泛的关注。目前，水性聚氨酯的制备通常采用丙酮法、预聚体混合法和熔融分散法，基本原理是通过在聚氨酯预聚体分子链上引入适当的亲水基团，在水中分散形成稳定的乳液。

丙酮法属于溶液法，是将端异氰酸基预聚体溶于低沸点能与水互溶的溶剂中(丙酮最常用，因此亦称丙酮法)，与亲水性官能基的化合物反应，生成聚氨酯离聚物，加水搅拌实现相转移，再用蒸馏法回收丙酮，得水性聚氨酯乳液。如申请号为201810285866.X的中国专利，公开了一种石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备方法，该方法添加适量的丙酮调节粘度，获得-NCO封端的线性聚氨酯预聚体，最后减压蒸馏除去丙酮，制得石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料，该方法工艺成熟，得到的水性聚氨酯分散体性能稳定性优良，但需回收有机溶剂，增加了生产工艺的复杂性，且由于无法将有机溶剂完全蒸出，所得的水性聚氨酯分散体普遍有一定的气味，环保性能和使用体验较差。

预聚体混合法，该方法先生成分子量较低的预聚体，用溶剂稀释降低粘度，再扩链的方式进行反应。与丙酮法比较，预聚体混合法可大大降低溶剂的使用量，近年来发展迅速，但预聚体混合法生成的预聚体分子量较低，即使经过后续的反应，其力学性能仍会受到影响，对于某些领域的应用，预聚体混合法生产的水性聚氨酯分散体性能不如丙酮法所得的水性聚氨酯分散体。

熔融分散缩合法，该方法是先合成端基为异氰酸酯基的低粘度的预聚物，再加入尿素或者NH₃在本体中进行反应，生成聚氨酯双缩二脲或含有离子基团的端脲基低聚物。由于该类端脲基低聚物不含有活泼的-NCO基团，很容易分散在水中而不需要任何有机溶剂，采用该种熔融分散聚合法理论上能够制备无需溶剂分散的水性聚氨酯。但是现有的工艺方法通常是在得到的缩二脲低聚物基础上，采用一定浓度的甲醛水溶液对其进行扩链反应，得到较高分子量的聚氨酯-脲聚合物，但在制备过程中使用甲醛水溶液进行扩链反应，并不能真正的达到绿色环保的目的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种零VOC水性聚氨酯分散体，以及不使用甲醛、丙酮等有机溶剂制备较高分子量的零VOC水性聚氨酯分散体的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种零VOC水性聚氨酯分散体，其结构通式为：

其中，M为扩链剂，M的结构中含有环氧基和醛基，R5的结构式为：

其中，R1和R3为由2-10个亚甲基组成的直链脂肪烃基；

R2的结构式为

X为羧基或磺酸基。

上述零VOC水性聚氨酯分散体的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备含亲水基的聚氨酯预聚体：