[发明专利]耐水解、高色牢度水性聚氨酯乳液的合成方法

说明书

本发明涉及化工领域，公开了一种耐水解、高色牢度的水性聚氨酯乳液的合成方法，使用低聚二元醇、脂肪族二异氰酸酯、乙烯基改性的类玛雅蓝凹土杂化颜料、乙醇胺类亲水扩链剂、丙烯酸‑2‑羟乙基酯交联剂和丙三醇交联剂进行逐步聚合反应，合成侧链含类玛雅蓝凹土杂化颜料改性的聚氨酯预聚体，然后加入酸类中和剂中和乙醇胺类功能团形成季铵盐后，自乳化分散在计量水中，得类玛雅蓝凹土杂化颜料改性的水性聚氨酯分散液，再加入二元胺进行扩链后，制得耐水解、高色牢度的水性聚氨酯乳液。本发明的水性聚氨酯乳液，后期用于生产水性聚氨酯涂层、合成革等产品时，能有效提升所得水性聚氨酯产品的耐水性，并进一步改善所得产品的机械性能和色牢度等。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种耐水解、高色牢度水性聚氨酯乳液的合成方法。

背景技术

聚氨酯材料因其优异的力学、耐寒等性能而被广泛应用于轻工、化工、电子、医疗、建材、汽车、国防、航天、航空等国民经济众多领域。但是，传统溶剂型聚氨酯材料制备过程中需要使用大量的有机溶剂，不但造成了严重的环境问题，而且也限制了其在汽车、医疗等高端领域的应用。

水性聚氨酯以水作为分散介质，分散液中不含或含极少量的有机溶剂，具有无毒、环保等优点，是当前聚氨酯产业的发展方向。虽然水性聚氨酯的研究很多，但是由于水性聚氨酯树脂的润湿性较差，分子量偏低，黏度较低，特别是在其链段上引入了亲水性基团，使得所得产品具有耐水、耐磨性较差，机械强度较低，手感饱满度差等缺点，限制了其应用。

此外，为了丰富产品的色泽表观，小分子颜料在聚氨酯产业被广泛使用。小分子颜料一般是通过离子键、氢键、范德华力等弱作用力被固定在水性聚氨酯材料上，导致颜料分子在放置、使用等过程中，易，脱落和褪色。近来，中国专利CN104262570提出一种一种基于二元醇中黑色发色团的黑色水性聚氨酯染料的制备方法，特征是先通过三种黑色染料分子结构中所含氨基或羟基中的活性氢与氯乙醇反应制得三种黑色二元醇，再使用该黑色二元醇与小分子二元醇进行组合，部分或全部替代小分子二元醇，然后通过与二异氰酸酯、大分子二元醇和亲水扩链剂进行反应，制备出黑色水性聚氨酯染料。该发明专利中，黑色发色团通过化学键分布于聚氨酯链段中，提供了很好的色牢度。但其色彩单一，没有彩色水性聚氨酯染料，而且对水性聚氨酯材料的耐水、耐磨等性能未有提升作用。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种耐水解、高色牢度水性聚氨酯乳液的合成方法，通过引入亲疏水性能pH感应的新型乙醇胺类亲水扩链剂，替代传统的三羟甲基丙酸等亲水扩链剂，有效提升水性聚氨酯产品的耐水性；并进一步通过简洁的有机合成步骤将杂化颜料引入到水性聚氨脂的分子链上，改善所得水性聚氨酯产品的机械性能和色牢度等。

技术方案：本发明提供了一种耐水解、高色牢度水性聚氨酯的合成方法，按以下重量百分比取用原料：二异氰酸酯20%-30%、低聚二元醇15%-20%、乙烯基改性的类玛雅蓝凹土杂化颜料1%-8%、丙烯酸-2-羟乙基酯交联剂1%-5%、乙醇胺类亲水扩链剂3%-12%、丙三醇交联剂0%-1%、小分子酸中和剂2%-9%、小分子二元胺扩链剂3%-10%、有机铋催化剂0%-1%、丙酮10%-20%、余量为水；合成步骤如下：（1）凹土杂化颜料改性亲水性聚氨酯预聚体的制备：二异氰酸酯和低聚二元醇于85℃下搅拌反应0.5-2小时，加入亲水扩链剂和乙烯基改性的类玛雅蓝凹土杂化颜料，继续搅拌反应0.5-1小时后，加入有机铋催化剂、丙酮和丙烯酸-2-羟乙基酯，继续搅拌反应1.5-3小时，然后加入丙三醇交联剂，继续搅拌反应1小时后，在50℃下用小分子酸中和剂进行中和反应20-30分钟；最后加水高速搅拌自乳化分散，得凹土杂化颜料改性水性聚氨酯分散液；（2）二次扩链：在凹土杂化颜料改性水性聚氨酯分散液中加入小分子二元胺扩链剂，然后升温至30-45℃扩链4-8小时；（3）脱丙酮：待体系成半透明均一液体后，对体系进行加热，保持在50-60℃，低压脱丙酮，得一种具有耐水解、高色牢度等性能的水性聚氨酯乳液。