[发明专利]一种阴-阳离子水性聚氨酯的制备方法及制备的水性聚氨酯

说明书

本发明涉及高分子聚合技术领域，具体涉及一种阴‑阳离子水性聚氨酯的制备方法及制备的水性聚氨酯。该方法包括S1.阴离子亲水扩链剂与阳离子亲水扩链剂成盐溶解，获得组分A；S2.获得具有组分A的聚氨酯预聚体；S3.使用有机碱或无机碱取代，获得带阴离子基团的聚氨酯分子链；S4.使用弱酸中和，获得带有阴‑阳离子的聚氨酯分子链；S5.聚氨酯分子链乳化，减压脱去溶剂，获得阴‑阳离子型水性聚氨酯乳液。本发明制备了同时具有阴离子和阳离子基团的水性聚氨酯乳液，不仅具有阴离子水性聚氨酯树脂的高强度的特性，同时具有阳离子水性聚氨酯的离子特性。

技术领域

本发明涉及高分子聚合技术领域，具体涉及一种阴-阳离子水性聚氨酯的制备方法及利用该方法制备的阴-阳离子水性聚氨酯。

背景技术

水性聚氨酯作为近年来发展迅速的一种环保材料，在越来越多的领域得到广泛的应用。目前工业上最常用的水性聚氨酯树脂为阴离子型水性聚氨酯树脂，其在力学性能和耐黄变等性能方面优于阳离子型水性聚氨酯。

阳离子水性聚氨酯的特色来自其阳离子特性，但在有些应用领域是阴离子型水性聚氨酯不能取代的。如真皮封底涂饰领域、木器封闭涂层、吸墨涂层等。如果可以在水性聚氨酯分子链上同时引入阴离子和阳离子基团，并保证乳液稳定，不仅可以赋予阴离子水性聚氨酯阳离子特性，同时可以提高阳离子水性聚氨酯力学性能。

专利CN104371085B公布了一种两性离子水性聚氨酯的制备方法，使用两性离子型聚酯二元醇合成；CN102942678B公布了一种甜菜碱基团改性阳离子型水性聚氨酯及其制备方法。上述专利的核心均为利用N-甲基二乙醇胺与丙磺酸内酯发生季氨化反应，获得含有两亲离子的水性聚氨酯树脂。这种方法虽然可以获得含有阴阳离子的水性聚氨酯，但存在以下缺点：一是利用丙磺酸内酯进行离子化，可能会存在丙磺酸内酯单体残余，具有致癌性；二是这种亲水基团侧链较长，存在较明显的内增塑作用，影响强度；三是这种水性聚氨酯树脂中阴离子和阳离子基团比例为1：1，且阴离子基团的电负性更强，树脂的离子状态呈现为阴离子特性。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种阴-阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，利用该方法制备的阴-阳离子水性聚氨酯性能好，且无致癌性的丙磺酸内酯单体的残留。

本发明采用的技术方案为：

一种阴-阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将10份的双羟基阴离子亲水扩链剂与3～10份的含叔胺基团的阳离子亲水扩链剂在10～30份的溶剂中成盐溶解，获得组分A；

S2.将大分子多元醇投入反应釜，并投入二异氰酸酯、S1中的组分A、小分子扩链剂和丙酮进行反应，获得具有组分A的聚氨酯预聚体；所述大分子多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇和或聚碳多元醇；

S3.使用0.1～3份的有机碱或无机碱加入上述S2所获得的聚氨酯预聚体中，取代组分A上含有叔胺基团的阳离子亲水扩链剂，获得带有阴离子基团的聚氨酯分子链，所述有机碱或无机碱碱性强于所述阳离子亲水扩链剂；

S4.使用0.1～5份的弱酸加入上述S3中，中和被取代的含有叔胺基团的阴离子亲水扩链剂，最终获得带有阴-阳离子的聚氨酯分子链；

S5.将S4中获得的聚氨酯分子链转移至分散设备中，在转速为1000～5000r/min条件下将20～100份的冰水混合物加入聚氨酯分子链中乳化，然后在40～60℃，-0.1MPa的条件下减压脱去溶剂，获得阴-阳离子型水性聚氨酯乳液。

优选的，S2中，具体方法为：将10～20份的大分子多元醇投入反应釜，在90～110℃、-0.1MPa的条件下真空脱水1～2小时后，降温至60℃；继续投入3～10份的二异氰酸酯、3～20份的组分A、0～3份的小分子扩链剂和2～5份的丙酮，搅拌升温至80℃，反应6～10小时，然后降温至60℃；最后加入5～20份的丙酮，搅拌均匀，继续降温至20℃，获得具有组分A的聚氨酯预聚体。