CN101440154B - 一种水性聚氨酯及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于精细化学品及其制备技术领域，特别涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。本发明为克服现有技术存在的污染环境和总体性能不理想的问题，现采用的技术方案是：一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤，1.制备聚氨酯预聚体：将聚二醇、二异氰酸酯作为原料进行聚合反应，形成聚氨酯预聚体；2.扩链反应：将亲水扩链剂和交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应；3.封端反应：将有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应；4.乳化：最后加入有机碱调节pH值为7.0～7.5，搅拌下加入去离子水，得白色乳液。与现有技术相比，本发明的优点是：1.消除了污染；2.提高了产品的总体性能。

Description

一种水性聚氨酯及其制备方法
技术领域：
本发明属于精细化学品及其制备技术领域，特别涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯被广泛用于涂料工业、皮革、纺织印染工业等领域，它包括溶剂型聚氨酯和水性聚氨酯这两大类，其中的水性聚氨酯以水作为介质，具有无毒、价廉、安全、不燃等优点，因而水性聚氨酯有取代溶剂型聚氨酯的趋势。但水性聚氨酯还存在着下述的问题：1、污染环境：水性聚氨酯在其制备过程中仍需要高速剪切并加入大量有机溶剂才能在水中分散，对工作人员、环境和应用效果产生不利影响；2、总体性能不理想：目前的水性聚氨酯主要是单组分聚氨酯，形成的乳液是分散在水中的线性热塑性聚氨酯，分子量较低，不能达到常规溶剂型聚氨酯涂料的交联密度，因此耐水性、耐溶剂性、耐化学品性、耐磨性、硬度等方面尚不能达到溶剂性聚氨酯涂料的性能，总体性能与溶剂型聚氨酯涂料还有一定差距。上述两个方面都制约着水性聚氨酯的应用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯及其制备方法，以克服现有技术存在的污染环境和总体性能不理想的问题。
为克服现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤，原料按质量份数计：
一、制备聚氨酯预聚体：将聚二醇、二异氰酸酯作为原料进行聚合反应，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.13～7.97份的亲水扩链剂和1.17Kg～3.50Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为60～75℃，反应时间为1～2.5小时；
三、封端反应：将3.31～10.25份的有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在30～45℃之间，时间为0.5～1.5小时；
四、乳化：最后加入有机碱调节pH值为7.0～7.5后，高速搅拌下加入常温的去离子水，得白色乳液。
上述步骤一中，所述聚二醇为聚醚二元醇或聚酯二元醇，聚醚二元醇是聚氧化丙烯二醇或聚四氢呋喃二醇，聚酯二元醇是聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯；所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；
上述步骤二中，亲水扩链剂是磺酸盐型或羧酸盐型，磺酸盐型扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠或1，4-丁二醇-2-磺酸钠，羧酸盐型扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。
上述步骤四中，有机碱为三甲胺、三乙胺或三乙醇胺。
上述步骤一中，将30.77～35.64份的聚二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再将41.13～44.6份的二异氰酸酯和0.40Kg～0.47Kg的催化剂二月桂酸二丁基锡加入到反应器中，在80～90℃进行聚合反应1.0～3.5小时，形成聚氨酯预聚体。
一种水性聚氨酯的制备方法，所述的方法依次包括下述步骤，原料按质量份数计：
一、制备聚氨酯预聚体：将聚二醇、二异氰酸酯作为原料进行聚合反应，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.13～7.97份的亲水扩链剂和1.17Kg～3.50Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为60～75℃，反应时间为1～2.5小时；
三、封端反应：将3.31～10.25份的有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在30～45℃之间，时间为0.5～1.5小时；
四、乳化：最后加入有机碱调节pH值为7.0～7.5后，高速搅拌下加入常温的去离子水，得白色乳液。
上述步骤一中，所述聚二醇为聚醚二元醇或聚酯二元醇，聚醚二元醇是聚氧化丙烯二醇或聚四氢呋喃二醇，聚酯二元醇是聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯；所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；
上述步骤二中，亲水扩链剂是磺酸盐型或羧酸盐型，磺酸盐型扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠或1，4-丁二醇-2-磺酸钠，羧酸盐型扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。
上述步骤四中，有机碱为三甲胺、三乙胺或三乙醇胺。
上述步骤一中，将30.77～35.64份的聚二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再将41.13～44.6份的二异氰酸酯和0.40Kg～0.47Kg的催化剂二月桂酸二丁基锡加入到反应器中，在80～90℃进行聚合反应1.0～3.5小时，形成聚氨酯预聚体。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、消除了污染：整个制备工艺中不需要添加有害溶剂和乳化剂，因此解决了对环境和操作人员的污染和损害的问题。
2、提高了产品的总体性能：本发明利用有机功能硅烷偶联剂封端聚氨酯预聚体，预聚体分散到水中后，通过有机功能硅烷水解、缩合，实现交联，使得水性聚氨酯交联密度增大，耐水性、耐溶剂性、耐化学品性、耐磨性、硬度这些性能均得到提高。
具体实施方式：
下面将通过具体实施例对本发明做详细地说明。
实施例1，一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤
一、制备聚氨酯预聚体：将30.77Kg的相对分子质量为1000的聚四氢呋喃二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再将43.58Kg的异氟尔酮二异氰酸酯和0.45Kg的催化剂二月桂酸二丁基锡加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.5小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.27Kg的亲水扩链剂二羟甲基丙酸和1.35Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为70℃，反应时间为2.0小时；
三、封端反应：将8.25Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在30℃，时间为1.0小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.5后，高速搅拌下加入温度为30℃的去离子水，得固体含量为30％的白色乳液。
实施例2，一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：将35.15Kg的相对分子质量为1000的聚四氢呋喃二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再按质量比将41.13Kg的异氟尔酮二异氰酸酯和0.40Kg的催化剂加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.5小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将7.50Kg的亲水扩链剂二羟甲基丁酸和2.50Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为70℃，反应时间为1.5小时；
三、封端反应：将7.25Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在30℃，时间为1.0小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.0后，高速搅拌下加入温度为0℃的去离子水，得固体含量为30％的白色乳液。
实施例3，一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：将35.64Kg的相对分子质量为2000聚四氢呋喃二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再按质量比将42.6Kg的异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的摩尔比为1/1)和0.45Kg的催化剂加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.0小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.57Kg的亲水扩链剂二羟甲基丙酸和2.50Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为65℃，反应时间为1.5小时；
三、封端反应：将9.25Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在32℃，时间为0.5小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.0，高速搅拌下加入温度为0℃的去离子水，得固体含量为30％的白色乳液。
实施例4，一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：按质量比将35.0Kg的相对分子质量为1000的聚己内酯二元醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再按质量比将42.50Kg的异氟尔酮二异氰酸酯和0.42Kg的催化剂加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.0小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.97Kg的亲水扩链剂二羟甲基丁酸和1.8Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为70℃，反应时间为2.5小时；
三、封端反应：将6.5Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在35℃，时间为0.5小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.0～7.5后，高速搅拌下加入温度为20℃的去离子水，得固体含量为20％的白色乳液。
实施例5，一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：首先按质量比将35.64Kg的相对分子质量为2000的聚己内酯二元醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再按质量比将43.50Kg的二苯基甲烷二异氰酸酯和0.45Kg的催化剂加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.5小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.70Kg的亲水扩链剂二羟甲基丙酸和3.0Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为60℃，反应时间为1.0小时；
三、封端反应：将4.25Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在34℃，时间为1.0小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.2后，高速搅拌下加入温度为10℃的去离子水，得固体含量为40％的白色乳液。
实施例6，一种水性聚氨酯，由下述方法制备得到，所述的方法依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：首先按质量比将31.75Kg的相对分子质量为1000的聚氧化丙烯二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再按质量比将42.5Kg的甲苯二异氰酸酯和0.45Kg的催化剂加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应1.5小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将7.95Kg的亲水扩链剂二羟甲基丁酸和2.50Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为75℃，反应时间为1小时；
三、封端反应：将5.59Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在45℃之间，时间为0.5小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.2后，高速搅拌下加入温度为30℃的去离子水，得固体含量为35％的白色乳液。

Claims (4)

1.一种水性聚氨酯的制备方法，依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：将30.77Kg的相对分子质量为1000的聚四氢呋喃二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再将43.58Kg的异氟尔酮二异氰酸酯和0.45Kg的催化剂二月桂酸二丁基锡加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.5小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将6.27Kg的亲水扩链剂二羟甲基丙酸和1.35Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为70℃，反应时间为2.0小时；
三、封端反应：将8.25Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在30℃，时间为1.0小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.5后，高速搅拌下加入温度为30℃的去离子水，得固体含量为30％的白色乳液。
2.根据权利要求1所述制备方法制得的水性聚氨酯。
3.一种水性聚氨酯的制备方法，依次包括下述步骤：
一、制备聚氨酯预聚体：将35.15Kg的相对分子质量为1000的聚四氢呋喃二醇加入到干燥反应器中，并将反应器加热到80～90℃，然后再按质量比将41.13Kg的异氟尔酮二异氰酸酯和0.40Kg的催化剂加入到反应器中在80～90℃进行聚合反应2.5小时，形成聚氨酯预聚体；
二、扩链反应：将7.50Kg的亲水扩链剂二羟甲基丁酸和2.50Kg交联剂三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中进行扩链反应，反应温度为70℃，反应时间为1.5小时；
三、封端反应：将7.25Kg有机功能硅烷加入到反应器中进行封端反应，反应温度在30℃，时间为1.0小时；
四、乳化：加入有机碱调节pH值为7.0后，高速搅拌下加入温度为0℃的去离子水，得固体含量为30％的白色乳液。
4.根据权利要求3所述制备方法制得的水性聚氨酯。
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