[发明专利]一种羟基功能化水性聚氨酯的制备方法

说明书

本发明属于水性聚氨酯的制备方法及应用技术领域，具体涉及一种羟基功能化水性聚氨酯的制备方法。将多元醇聚合物及含羧基亲水剂脱水，加入反应器中，搅拌均匀后加入异氰酸酯化合物，反应得到水性聚氨酯预聚体；之后向水性聚氨酯预聚体中加入小分子二元醇及溶剂继续反应后降至室温；最后向上述反应产物中加入成盐剂，室温下搅拌反应后滴加去离子水乳化，之后加入扩链剂及羟基功能化单体，强烈搅拌并加热反应。反应结束后，通过减压蒸馏脱除溶剂即得羟基功能化水性聚氨酯。本发明环保无毒，经济性强，将羟基功能化单体引入水性聚氨酯中可利用羟基提高聚氨酯体系内的氢键作用；羟基作为活性基团可与其他化合物发生交联、接枝等反应改性水性聚氨酯。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯的制备方法及应用技术领域，具体涉及一种羟基功能化水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

聚氨酯是一类分子结构中含有重复的氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物，一般由多元醇、异氰酸酯化合物和小分子扩链剂经加聚反应生成，因其具有优异的综合性能，可用作涂料、胶黏剂、泡沫、纤维等而得到广泛应用。目前应用较多的聚氨酯涂料和胶黏剂多为溶剂型，但由于有机溶剂毒性较大，在生产及产品应用过程中都会对人员健康及环境安全带来不利影响；另一方面，有机溶剂的使用会造成产品成本升高，不利于其应用推广。近年来，随着环境法规的日趋严格，以水为分散介质的水性聚氨酯以其低VOC排放、无毒且不燃而为人们所重视。

水性聚氨酯按其结构可分为离子型和非离子型，其中离子型水性聚氨酯应用更为普遍。随着水性聚氨酯应用领域的不断拓展，对其性能的要求也越来越高。为了更好地提高水性聚氨酯的综合性能，满足应用需求，功能化水性聚氨酯成为近年来的研究热点，国内外对功能化水性聚氨酯的探索主要包括分子结构功能化、共聚功能化及共混功能化等几种。

GE等利用二端羟丁基聚二甲基硅氧烷与改性后的亲水性二异氰酸酯反应制备出有机硅功能化双组份水性聚氨酯，由于引入Si-O-Si的交联网状结构，所得聚氨酯具有良好的热稳定性，耐热性显著提高。(Ge Zhen,Luo Yunjun.Progress in Organic Coatings,2013,76(11):1522-1526.)

MA等先以聚丙烯碳酸酯作为软段合成水性聚氨酯前驱体，再将聚丙烯酸酯单体与水性聚氨酯前驱体结合制备了丙烯酸酯功能化水性聚氨酯，聚氨酯薄膜的附着力、铅笔硬度、耐水性及热性能均有显著提高。(Ma Le,Song Lina,Li Fang,et al.ColloidPolymerScience,2017,295(12):2299-2307.)

纳米材料功能化水性聚氨酯是一种新的共混功能化方法，所用纳米材料主要包括(1)纳米矿类黏土，包括蒙脱土、纳米SiO₂、凹凸棒土等；(2)纳米碳材料，主要为石墨烯、碳纳米管、炭黑等；(3)纳米金属氧化物材料，包括纳米ZnO、纳米Fe₃O₄、纳米TiO₂、纳米银等。DU等制备了聚4-苯乙烯磺酸钠改性处理的炭黑，并在pH值为5条件下与水性聚氨酯乳液聚合制备纳米炭黑功能化水性聚氨酯。探讨了炭黑用量对纳米炭黑功能化水性聚氨酯的结构和性能影响，通过SEM等研究杂化膜的物理化学性能，实验结果表明炭黑在水性聚氨酯乳液中呈现很好的分散性，纳米炭黑功能化水性聚氨酯的热稳定性和力学性能较纯水性聚氨酯有显著提高。(Di Yifan,Shi Pengwei,Li Qiuying,et al.Colloids and SurfacesA:Physicochemical and EngineeringAspects,2014,454:1-7.)