[发明专利]一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法，技术方案为：首先，将聚合物二元醇在真空干燥箱中100～120℃真空干燥14h；再干燥后的聚合物二元醇倒入三口烧瓶中并添加二异氰酸酯，设置水浴温度为70～85℃，搅拌2～3h；接着，将水浴温度降低至60～70℃，向反应溶液中加入2,2‑二羟甲基丁酸，搅拌1.5～2.5h；然后，将水浴温度降低至45～55℃，向反应溶液中加入中和剂，搅拌20～45min；最后，再将水浴温度降低至25～30℃，向反应溶液中加入去离子水，高速搅拌30～60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。本发明所提供的制备方法操作简单、合成成本低廉，制备的无溶剂型水性聚氨酯具有较高的力学性能。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯制备工艺技术领域，具体涉及一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯以水作为分散介质，是一种绿色环保、无毒无害的高分子材料。具有耐磨性好、加工性好、性能可调、低温柔顺等特点，满足了人们生活中方方面面的性能需求，现已广泛应用于皮革、涂料、纺织、橡胶和医用材料等领域。

在现有的水性聚氨酯的合成方法中，为了调节预聚体分散阶段的粘度，都会或多或少的使用有机溶剂。虽然体系中的有机溶剂可以提高乳液的干燥速率并改善其成膜性能，但是有机溶剂的存在不仅会增加生产成本而且会造成环境污染等问题，不利于水性聚氨酯的推广应用。因此，尽量减少有机溶剂的用量并最终达到无溶剂化，是目前水性聚氨酯研究的主要方向之一。

但是无溶剂型水性聚氨酯的力学性能较差，需要提高其硬段含量以提高其力学性能。一般来说，在满足固化的前提下，扩链剂用量越多，相应的二异氰酸酯用量也越多，聚氨酯的硬段含量高，由此可以得到高强度的材料。但是这无疑会增加生产成本，因而探索出一种绿色环保、成本低廉且具有高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备工艺是当前水性聚氨酯研究所面临的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法，解决了现有的水性聚氨酯存在环境污染及力学性能较差等问题。

本发明的技术方案如下：

一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将聚合物二元醇放入真空干燥箱中，在100～120℃的温度下，进行真空干燥1～4h；

优选地，聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯、聚碳酸酯二醇、聚己二酸乙二醇的一种或几种的混合物，聚合物二元醇的分子量为1000。

步骤二：将步骤一中干燥后的聚合物二元醇倒入三口烧瓶中并添加二异氰酸酯，进行水浴加热搅拌，设置反应体系的水浴温度为70～85℃，搅拌的时间为2～3h；

优选地，二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基异氰酸酯。

步骤三：将反应体系的水浴温度降低至60～70℃，向步骤二所得的反应溶液中加入2,2-二羟甲基丁酸，搅拌1.5～2.5h；

步骤四：将反应体系的水浴温度降低至45～55℃，向步骤三所得的反应溶液中加入中和剂，搅拌20～45min；

优选地，中和剂为氢氧化钠、氨水或三乙胺。

步骤五：将反应体系的水浴温度降低至25～30℃，向步骤四所得的反应溶液中加入去离子水，高速搅拌30～60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。

优选地，步骤二、三、四中，搅拌的转速为200 ~ 400 r/min；步骤五中，搅拌的转速为700 ~ 1200 r/min。

优选地，聚合物二元醇：二异氰酸酯：2, 2-二羟甲基丁酸：中和剂：去离子水的质量比为23 ~ 38：10 ~ 26：1.5 ~ 4.0：0.6 ~ 2.2：100 ~ 140。