[发明专利]一种含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇制备的水性聚氨酯及方法

说明书

本发明公开了一种含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇制备的水性聚氨酯，原料包括含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇、二异氰酸酯、催化剂、单端双羟基有机硅、小分子二醇扩链剂、二胺扩链剂、水。本发明同时将聚氨酯键、磺酸基和碳酸酯引入到聚酯多元醇中，使得以此多元醇合成的水性聚氨酯具有良好的乳化稳定性、优异的理化性能，引入了碳酸酯键实现水性聚氨酯的降解，同时生产过程中不需要加入其它亲水扩链基团，不需要使用丙酮等有机溶剂，不仅减少了回收成本，而且绿色环保。

技术领域

本发明属于高分子材料水性聚氨酯的合成领域，具体涉及一种含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇制备的水性聚氨酯及方法。

背景技术

随着环保法律法规的日益完善和人们环保意识的不断增强，聚氨酯树脂的水性化得到迅猛的发展，在许多领域逐步取代溶剂型聚氨酯，广泛应用于皮革涂饰剂、织物、涂料、粘合剂等领域。目前，制备水性聚氨酯主要是采用亲水扩链剂和亲水基团引入聚氨酯分子中。根据亲水扩链剂的不同，水性聚氨酯又主要分为羧酸扩链剂和氨基磺酸或扩链剂两种。羧酸型水性聚氨酯固含量小于40%，一般采用亲水性的二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸扩链剂扩链，转相后需用胺中和，中和成盐是一个可逆反应，此过程极易受到体系pH值的影响，使反应的稳定性难于控制，胺基的存在还会继续催化氨酯键反应，极易造成体系的不稳定，因为羧酸盐的亲水性不太好，要达到乳化分散，羧基的引入量比较多，从而导致耐水性变差，固含量难以提高,固含量一般小于40%；第三，固化成膜时，体系中的“胺残留”，会导致涂层黄变，耐水性能下降。磺酸型水性聚氨酯固含量高，但耐热性及耐水解性不好，初粘度和最终的粘结强度达不到要求；现有磺酸盐型扩链剂一般为二胺型扩链剂，胺基的存在，极易发生与异氰酸酯的二级反应，使的反应难于控制，体系的分子量、粘度无法保证。

为了解决上述采用水性扩链剂制备羧酸型和磺酸型水性聚氨酯所存在的问题，提高水性聚氨酯的性能，已有报道将磺酸盐引入聚酯多元醇中，以其为多元醇组分合成水性聚氨酯避免了胺盐中和或胺基扩链剂，可以制备高固含、稳定好和耐水性较好的水性聚氨酯分散体。中国专利CN 2010102820558A公开了一种磺酸型水性聚氨酯的制备方法，采用己二酸、己二醇、间苯二甲酸5-磺酸钠制成含磺酸基的聚酯二醇，但以该磺酸基聚乙二醇为原料制备的水性聚氨酯仍存在耐热性和耐水解性不好、成膜后性能较差等缺点。

在水性聚氨酯合成制备含亲水基团的预聚体中，小分子的扩链剂的引入使聚合物分子量增加，同时氢键生成，这些都带来了聚合物粘度的增加，因而必须采用丙酮、DMF等有机溶剂来控制关键的扩链步骤的体系粘度，制得含亲水基团的聚氨酯溶液。用水将该溶液稀释，先形成W/O的溶剂为连续相的乳液，然后再加入大量的水，发生相倒转，水变成连续相形成分散液，蒸馏去除溶剂得到水性聚氨酯的分散液。丙酮具有沸点低、易于从体系中脱除掉，能与水互溶，且低毒，能较好的溶解水性聚氨酯中的预聚体，大幅降低预聚体粘度等特点，同时工业生产中丙酮法生产水性聚氨酯还具有重现性好、产品质量稳定等优点。但目前丙酮的使用量大，同时污染环境，存在反应温度均一性差、副产物较多，造成乳液性能差。

综上所述，研发一种环保、亲水性能好、耐水性好且制备过程环保的水性聚氨酯具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的制备水性聚氨酯机械强度低、耐水水解性能不稳定、反应过程消耗大量丙酮且回收困难等问题，本发明提出了一种含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇制备的水性聚氨酯及方法，同时将聚氨酯键、磺酸基和碳酸酯引入到聚酯多元醇中，使得以此多元醇合成的水性聚氨酯具有良好的乳化稳定性、优异的理化性能，引入了碳酸酯键实现水性聚氨酯的降解，同时生产过程中不需要加入其它亲水扩链基团，不需要使用丙酮等有机溶剂，不仅减少了回收成本，而且绿色环保。

本发明通过以下技术方案实现：

一种含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇制备的水性聚氨酯，包括以下重量份的组分：

含氨酯键的磺化聚碳酸酯多元醇 80~120份

二异氰酸酯 25~60份