CN103435771A - 阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液及制备方法与应用 - Google Patents

阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液及制备方法与应用 Download PDF

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刘化珍
刘伟区
区菊花
杨永
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Abstract

本发明属于水性聚氨酯领域，公开了一种阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用。制备步骤包括：将聚碳酸亚丙酯多元醇与二异氰酸酯混合，温度升至60℃，加入催化剂，逐渐升温至80～90℃，保温反应2～3h；降温到40℃，滴加阳离子亲水扩链剂，反应3～4h；温度升至60℃，加入小分子扩链剂，反应1～2h；加适量丙酮调节粘度；当温度降到35～45℃，加入成盐剂反应0.5～1h；加入去离子水乳化，高速搅拌，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。该阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液具有优良粘结性，所得乳胶膜透明性好，耐撕裂强度好，可作为水性涂料和胶黏剂。

Description

阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液及制备方法与应用
技术领域
本发明属于水性聚氨酯领域，特别涉及一种阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用。
背景技术
聚碳酸亚丙酯多元醇(PPC)是由CO2和环氧丙烷(PO)共聚而成的一种新型脂肪族聚碳酸酯多元醇树脂，其合成原料来源丰富，价格低廉，对二氧化碳的综合利用有重要意义。聚碳酸亚丙酯多元醇中COO结构单元的含量较高，摩尔分数在25%～50%之间，反应采用的催化剂价格低廉，反应操作简单，同时反应能耗也较低。如果大规模生产，则能大幅度的降低聚碳酸亚丙酯多元醇的生产成本。聚碳酸亚丙酯多元醇是分子两端带有羟基的聚合物，是生产氨基甲酸酯的原料，与以往采用的多元醇原料相比，其产物氨基甲酸酯的耐热性、耐候性及耐摩擦性均得到改善。
利用异氰酸酯类化合物对聚碳酸亚丙酯多元醇进行改性，可提高其综合性能。王东山等以聚碳酸亚丙酯为基材制备的浇注型聚氨酯弹性体，其力学性能、热稳定性和耐水性均有较大的改善。孙蓓蓓等采用聚碳酸亚丙酯多元醇和羟基硅油等原料合成的单组份醇溶性聚氨酯防火涂料，具有优良的耐水性和较良好的耐热性。徐成书等采用聚碳酸亚丙酯多元醇为软段合成WPU预聚体，通过氨基硅油(AEAPS)接枝改性制备了系列WPU乳液，改善了聚碳酸亚丙酯多元醇WPU胶膜的软硬段微相分离程度。申请号为201010565904.0的中国发明专利报道了一种以聚碳酸亚丙酯多元醇为原料的水性聚氨酯涂料及其制备方法。申请号为201110180538.1的中国发明专利申请公开了一种硅烷偶联剂改性的聚碳酸亚丙酯基水性聚氨酯粘合剂及其制备方法，申请号为201110180540.9的中国发明专利公开了一种聚碳酸亚丙酯基水性聚氨酯防火涂料及其制备方法。目前基本上是采用阴离子自乳化的方法来制备聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液，还未见采用阳离子自乳化的方法来制备聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的研究报道。
阳离子水性聚氨酯因存在耐水性差、机械强度低等缺点，限制了其实用性能。但阳离子水性聚氨酯骨架上的阳离子基团，使其具有一些独特的性能，在皮革、涂料、纺织和造纸等领域有着较好的应用。阳离子聚氨酯对离子型表面有较好的粘接性，特别适用于对阴离子型的皮革和玻璃表面的处理。此外，阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感，并且可以在酸性条件下使用。
因此研究阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的制备方法，改善其耐水性及机械性能，具有重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制备的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
本发明的再一目的在于提供上述阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的制备方法，按照以下步骤进行：将60～75质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与20～30质量份二异氰酸酯混合，温度升至60℃，加入0.5～1质量份催化剂，逐渐升温至80～90℃，保温反应2～3h；降温到40℃，缓慢滴加4～8质量份阳离子亲水扩链剂，反应3～4h；温度升至60℃，加入1.5～4.5质量份小分子扩链剂，反应1～2h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2～4.5质量份成盐剂，反应0.5～1h；加入200～300质量份去离子水乳化，高速搅拌0.5～1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
所述聚碳酸亚丙酯多元醇分子量为1000～6000，优选为2000～3500。
所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）及1，6-己基二异氰酸酯（HDI）中的一种以上。
所述催化剂为二丁基二月桂酸锡（DBTDL）、三乙烯二胺或辛酸亚锡中的一种。
所述成盐剂为盐酸、醋酸、CH3I、（CH3）2SO4及环氧氯丙烷中的一种以上。
所述阳离子亲水扩链剂为二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺（N-MDEA）、N-乙基二乙醇胺（N-EDEA）、N-苄基二乙醇胺（N-BDEA）及叔丁基二乙醇胺（t-BuDEA）中的一种以上；其中所述的N-甲基二乙醇胺的质量分数为4%～8%。
所述小分子扩链剂为乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、甲基丙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷（TMP）、丙三醇、三乙醇胺、季戊四醇及二乙烯三胺中的一种以上；其中，所述的三羟甲基丙烷（TMP）的质量分数为1.5%～4.5%。
一种由上述方法制备的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
该阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液在阴离子表面处理中的应用。该阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液特别适用于阴离子皮革和玻璃的表面处理。
本发明具有如下的优点及效果：
（1）首次公开了阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的制备方法。
（2）本发明的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液具有优良的粘结性，所得到的乳胶膜透明性好，耐撕裂强度好，可作为水性涂料和胶黏剂。
（3）本发明的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液渗透性和附着性能好，特别适用于阴离子皮革和玻璃的表面处理；
（4）本发明的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液能很好的填充皮革并有效增强纤维强度和压力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6.7质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入2.5质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入3质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，即得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为6.72Mpa，断裂伸长率为641%。
实施例2
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入2质量份丙三醇，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2.8质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为5.47Mpa，断裂伸长率为653%。
实施例3
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6.5质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入2质量份1,4-丁二醇，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入3质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为4.29Mpa，断裂伸长率为676%。
实施例4
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加7质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入2质量份一缩二乙二醇，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入3.2质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为3.27Mpa，断裂伸长率为716%。
实施例5
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6.5质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入1.5质量份乙二醇，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入3质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为4.97Mpa，断裂伸长率为667%。
实施例1、2、3、4、5形成对比，旨在比较不同小分子扩链剂对阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯胶膜硬度和耐水性的影响。
实施例6
将各组分按以下步骤操作：将60质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与30质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.5质量份DBTDL，逐渐升温至90℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加8质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入3.4质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入3.4质量份醋酸反应0.5h；加入200质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为8.21Mpa，断裂伸长率为602%。
实施例7
将各组分按以下步骤操作：将62质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与28质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.5质量份DBTDL，逐渐升温至90℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加5.3质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入4.5质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入4.5质量份醋酸反应0.5h；加入200质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为9.83Mpa，断裂伸长率为579%。
实施例8
将各组分按以下步骤操作：将70质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与20质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入1.5质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2.7质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为5.35Mpa，断裂伸长率为675%。
实施例9
将各组分按以下步骤操作：将75质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与20质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入1质量份DBTDL，逐渐升温至80℃，保温反应3h；降温到40℃，缓慢滴加4质量份N-甲基二乙醇胺，反应4h；温度升至60℃，加入1.5质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2质量份醋酸反应0.5h；加入300质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为5.28Mpa，断裂伸长率为682%
实施例10
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份MDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加5.5质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入2.7质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2.5质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为7.13Mpa，断裂伸长率为631%。
实施例11
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6.5质量份N-乙基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入3质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2.7质量份醋酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，即得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为7.85Mpa，断裂伸长率为623%。
实施例12
将各组分按以下步骤操作：将65质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与25质量份IPDI加入带有电动搅拌装置的三口烧瓶中混合，温度升至60℃，加入0.8质量份DBTDL，逐渐升温至85℃，保温反应2h；降温到40℃，缓慢滴加6.7质量份N-甲基二乙醇胺，反应3h；温度升至60℃，加入2.5质量份TMP，反应1h；加80～100质量份丙酮调节粘度，防止粘度过大导致凝胶产生；当温度降到35～45℃时，加入2质量份盐酸反应0.5h；加入250质量份去离子水乳化，高速搅拌1h，蒸去丙酮，即得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
将所得的乳液成膜干燥后，测得薄膜的拉伸强度为6.64Mpa，断裂伸长率为649%。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：按照以下操作步骤进行：将60～75质量份聚碳酸亚丙酯多元醇与20～30质量份二异氰酸酯混合，温度升至60℃，加入0.5～1质量份催化剂，逐渐升温至80～90℃，保温反应2～3h；降温到40℃，缓慢滴加4～8质量份阳离子亲水扩链剂，反应3～4h；温度升至60℃，加入1.5～4.5质量份小分子扩链剂，反应1～2h；加80～100质量份丙酮调节粘度；当温度降到35～45℃时，加入2～4.5质量份成盐剂，反应0.5～1h；加入200～300质量份去离子水乳化，高速搅拌0.5～1h，蒸去丙酮，得阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚碳酸亚丙酯多元醇分子量为1000～6000。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述聚碳酸亚丙酯多元醇分子量为2000～3500。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯及1，6-己基二异氰酸酯中的一种以上；
所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、三乙烯二胺或辛酸亚锡中的一种；
所述成盐剂为盐酸、醋酸、CH3I、（CH3）2SO4及环氧氯丙烷中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述阳离子亲水扩链剂为二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、N-苄基二乙醇胺及叔丁基二乙醇胺中的一种以上。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的N-甲基二乙醇胺的质量分数为4%～8%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述小分子扩链剂为乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、甲基丙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺、季戊四醇及二乙烯三胺中的一种以上。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的三羟甲基丙烷的质量分数在1.5%～4.5%。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述制备方法制备的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液。
10.根据权利要求9所述的阳离子型聚碳酸亚丙酯水性聚氨酯乳液在阴离子表面处理中的应用。
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