[发明专利]一种硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯的制备方法，包括下述制备步骤1)将多元醇干燥，控制多元醇中的含水率低于0.05％；2)将步骤(1)中干燥过的多元醇与异氰酸酯、混合均匀升温到的条件下反应，然后再加入扩链剂、亲水扩链剂、1份催化剂混合均匀，得到无溶剂水性聚氨酯预聚体；3)向步骤(2)中的无溶剂水性聚氨酯预聚体加入碱性水溶液在高速搅拌下充分混合并乳化，得到水性聚氨酯乳液；4)将步骤(3)得到的溶液体系与含两个或以上胺基的化合物进行反应，然后加入硅烷偶联剂，待完全反应后滴加消泡剂，得到硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯。本发明制备过程简单，制得的无溶剂水性聚氨酯力学性能优越、耐热性佳。

技术领域

本发明涉及高分子合成技术领域，具体涉及硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

聚氨酯即聚氨基甲酸酯(PU)，是在分子结构中含有重复的氨基甲酸酯链节(-NHCOO-)的高分子聚合物的总称。水性聚氨酯(WPU)是以水为分散介质，聚氨酯粒子分散其中形成的透明或不透明的液体，是一种高性能的高分子化合物。不仅保留了溶剂型聚氨酯的耐磨性、耐低温、耐疲劳、柔韧性好的优良性能，而且具有无毒、不易燃、不污染环境、易改性等优点，可广泛应用于涂料、胶黏剂、汽车漆、织物涂层、皮革涂饰剂等领域。

但是，因为水性聚氨酯是以水作为溶剂，而介质水的表面张力大、热焓高，会造成聚氨酯在成膜过程中表面铺展较差、成膜硬度低、力学性能较弱以及耐高温性能不佳等问题。硅烷偶联剂可以用于对水性聚氨酯进行改性，因为其分子链中的Si-O键具有强大的内聚能及较低的表面能，在胶膜干燥过程中向表面富集，可赋予这些改性制品优良的耐高温性和良好的机械性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：研制开发一种通过硅烷偶联剂改性制得具有较好机械性能和耐热性能的水性聚氨酯的方法，该硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯的制备过程中完全无溶剂、环保无污染、制备过程简单，且制得的无溶剂水性聚氨酯具有力学性能优越、耐热性佳特点。

一种硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯的制备方法，包括下述质量份的原料及反应步骤：

(1)将100～300份多元醇在100℃～130℃的条件下，在真空条件下干燥0.5～2h，控制多元醇中的含水率低于0.05％，

其中，所述的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇等多元醇单体中的一种或几种，其数均分子量的范围为500～4000；

(2)将步骤(1)中干燥过的多元醇与30～80份异氰酸酯、混合均匀升温到70℃～100℃的条件下反应1～2h，然后再加入0～4份扩链剂、5～10份亲水扩链剂、1份催化剂混合均匀，在70℃～100℃的条件下反应时间为2～5h，得到无溶剂水性聚氨酯预聚体，

其中，扩链剂、亲水扩链剂、催化剂皆经过干燥，含水率低于0.05％，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种或多种。

(3)向步骤(2)中的无溶剂水性聚氨酯预聚体加入碱性水溶液在高速搅拌下充分混合并乳化10-30min，得到水性聚氨酯乳液。

其中，碱为三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠、氨水中的任意一种或多种，水为去离子水，乳化过程中，体系的固体含量为20％～50％；

(4)将步骤(3)得到的溶液体系与含两个或以上胺基的化合物进行反应10～30min，然后加入硅烷偶联剂，待完全反应后滴加消泡剂，在50～70℃恒温反应1～1.5h，降温至室温，将得到的最终乳液过滤后，得到硅烷偶联剂改性无溶剂水性聚氨酯。

作为本方案的进一步改进，所述多元醇、扩链剂、亲水扩链剂通过抽真空的方法进行干燥，干燥温度为100℃～130℃，气压≥-0.08MPa，所述催化剂通过100℃的鼓风干燥箱进行干燥。