CN104804168A - 水性聚氨酯乳液及其制备方法和在墙纸基膜上的应用、墙纸基膜 - Google Patents

水性聚氨酯乳液及其制备方法和在墙纸基膜上的应用、墙纸基膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯乳液，包括以下重量份原料制备而成：聚酯多元醇100-120份、二异氰酸酯45-55份、亲水扩链剂10-12份、成盐剂7-9份和水270-300份。本发明还涉及上述水性聚氨酯乳液的制备方法及其在墙纸基膜上的应用、和一种墙纸基膜。本发明的水性聚氨酯乳液具有完全无刺激性气味、环保、良好的成膜性能和附着力、很好的防水防碱性能的优点，本发明的水性聚氨酯乳液的制备方法具有制备方法简单、易操作，利于大规模的生产应用的优点，本发明的墙纸基膜具有同时保证良好的防水防碱性能和产品的稳定性能以及丰富墙纸基膜产品种类的有益效果。

Description

水性聚氨酯乳液及其制备方法和在墙纸基膜上的应用、墙纸基膜
技术领域
本发明涉及成膜材料技术领域，特别涉及一种水性聚氨酯乳液及其制备方法和在墙纸基膜上的应用、墙纸基膜。
背景技术
墙纸基膜是一种在墙纸粘贴时配套使用的新型墙面处理材料。在墙纸粘贴前，在墙面涂上一层墙纸基膜，它便能在墙面形成一层致密的保护膜，防止水份和碱性物质外渗，有效延长墙纸的使用寿命，同时为墙纸的后期更换提供便利。墙纸基膜的使用方法很简单：采用滚涂料的滚筒，均匀地将基膜滚涂在墙面上，待基膜干燥后，将墙纸贴上即可。
现有技术中的墙纸基膜种类单一，主要的成膜物为苯丙乳液。而苯丙乳液为低气味乳液，会释放一些有害的有机气体，因此对生活环境造成污染，给人的身体健康带来危害，其并没有达到完全无味的环保型产品的标准。
专利号为201410778447的中国专利申请公开了一种热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。热塑性聚氨酯弹性体由如下重量百分比的原料制成：聚酯多元醇61-69％、二异氰酸酯24-30％、扩链剂4-8％、催化剂0.005-0.012％、抗老化剂0.3-1％。上述热塑性聚氨酯弹性体所合成的TPU在其软链段、软链段和硬链段微区含有微量的化学交联，赋予了TPU良好的综合性能和较低的拉伸永久变形特性；当TPU用于加工松紧带或弹力线等制品时，低拉伸永久变形特性大大延长了其尺寸稳定性和耐用性，制品具有良好的弹性和可加工性能。即采用“聚酯多元醇61-69％、二异氰酸酯24-30％、扩链剂4-8％”的配比，获得较低的拉伸永久变形特性的TPU。上述申请公开的水性聚氨酯乳液并不具备防水防碱的性质，也没有公开将水性聚氨酯乳液应用于墙纸基膜技术领域中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有良好的防水防碱性能、完全无味并且环保的水性聚氨酯乳液及其制备方法和在墙纸基膜上的应用，进一步提供一种包括上述水性聚氨酯乳液的墙纸基膜。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种水性聚氨酯乳液，包括以下重量份原料制备而成：聚酯多元醇100-120份、二异氰酸酯45-55份、亲水扩链剂10-12份、成盐剂7-9份和水270-300份。
本发明还提供一种上述水性聚氨酯乳液的制备方法，将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，于80-90℃条件下搅拌2-3h，然后加入亲水扩链剂，于70-80℃条件下搅拌3-4h，将温度降至35-45℃，然后加入成盐剂，充分搅拌后获得预聚物，将所述预聚物加入以800-3000r/min速度进行搅拌的水中，搅拌至溶液充分乳化，获得所述水性聚氨酯乳液。
本发明还提供一种上所述的水性聚氨酯乳液在墙纸基膜上的应用。
本发明还提供一种墙纸基膜，包括以下重量份原料制备而成：上述水性聚氨酯乳液95-105份、防霉剂1-2份、增稠剂0.5-1份和消泡剂0.5-1份。
本发明的水性聚氨酯乳液的有益效果在于：
(1)采用水作为溶剂，原料包括聚酯多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和成盐剂，配方中完全不使用有机溶剂，无刺激性气味，不污染家居环境，具有环保的优点；
(2)本发明的水性聚氨酯乳液具有与现有技术中的水性聚氨酯乳液一致的良好的成膜性能和附着力，此外，通过水性聚氨酯乳液的组分设计，使水性聚氨酯乳液中的聚氨酯分子中的硬段形成结晶，结晶有利于限制成膜后空隙的形成，进而阻止水分子或碱性离子向空隙的渗透、溶胀，使得本发明的水性聚氨酯乳液在成膜后具有很好的防水防碱性能；
(3)水性聚氨酯材料性能优越，且能够通过软硬段的调节，得到满足各种不同应用要求的聚氨酯乳液。
本发明的水性聚氨酯乳液的制备方法的有益效果在于：
(1)制备方法简单、易操作，利于大规模的生产应用；制备出的水性聚氨酯乳液具有良好的防水防碱性能；
(2)将聚酯多元醇与二异氰酸酯的混合反应控制于80-90℃，加入亲水扩链剂后将温度控制于70-80℃，可以将温度控制于反应热点范围内，防止反应过于剧烈，保证反应的顺利进行，同时可以一定程度提高反应效率；加入成盐剂时将温度降至35-45℃，因之前反应温度较高，若在该条件下中和，会引起发热现象，使反应体系的温度迅速升高，若温度过低，会使预聚物的黏度变大，引起后续乳化步骤中乳化分散困难的问题；
(3)通过上述制备方法中的温度和时间的控制、以及加如原料的顺序，即采用两步法加料，先将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，然后将亲水扩链剂在第二步加入，得到的乳液粒径小，乳液发蓝，性能更加稳定，若采用一步法加料(即一次性添加所有原料)，得到的水性聚氨酯乳液粒径相对较大，乳液发白，性能亦较不稳定。
本发明的墙纸基膜的有益效果在于：
(1)加入防霉剂、增稠剂和消泡剂，在保证良好的防水防碱性能的同时提高产品的稳定性能；
(2)提供将水性聚氨酯应用于墙纸基膜领域这一思路，为水性聚氨酯材料拓宽使用的范围；为墙纸基膜的领域提供新的产品，丰富墙纸基膜产品种类。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：将水性聚氨酯乳液应用于墙纸基膜中，并通过其组分的设计，使其具有防水防碱性能。
本发明提供一种水性聚氨酯乳液，包括以下重量份原料制备而成：聚酯多元醇100-120份、二异氰酸酯45-55份、亲水扩链剂10-12份、成盐剂7-9份和水270-300份。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
(1)采用水作为溶剂，原料包括聚酯多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和成盐剂，配方中完全不使用有机溶剂，无刺激性气味，不污染家居环境，具有环保的优点；
(2)本发明的水性聚氨酯乳液具有与现有技术中的水性聚氨酯乳液一致的良好的成膜性能和附着力，此外，通过水性聚氨酯乳液的组分设计，使水性聚氨酯乳液中的聚氨酯分子中的硬段形成结晶，结晶有利于限制成膜后空隙的形成，进而阻止水分子或碱性离子向空隙的渗透、溶胀，使得本发明的水性聚氨酯乳液在成膜后具有很好的防水防碱性能；
(3)水性聚氨酯材料性能优越，且能够通过软硬段的调节，得到满足各种不同应用要求的聚氨酯乳液。
进一步的，所述聚酯多元醇为聚己二酸系聚酯二元醇。
由上述描述可知，所述聚酯多元醇优选为聚己二酸系聚酯二元醇，优选的，所述聚己二酸系聚酯二元醇可选择聚碳酸亚丙脂二醇(PPC-3000)。
进一步的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上。
由上述描述可知，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的一种或两种以上。
进一步的，所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。
由上述描述可知，所述亲水扩链剂优选为2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)。
进一步的，所述成盐剂为三乙胺。
由上述描述可知，所述成盐剂优选为三乙胺。
本发明还提供一种上述水性聚氨酯乳液的制备方法，将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，于80-90℃条件下搅拌2-3h，然后加入亲水扩链剂，于70-80℃条件下搅拌3-4h，将温度降至35-45℃，然后加入成盐剂，充分搅拌后获得预聚物，将所述预聚物加入以800-3000r/min速度进行搅拌的水中，搅拌至溶液充分乳化，获得所述水性聚氨酯乳液。
本发明的水性聚氨酯乳液的制备方法的有益效果在于：
(1)制备方法简单、易操作，利于大规模的生产应用；制备出的水性聚氨酯乳液具有良好的防水防碱性能；
(2)将聚酯多元醇与二异氰酸酯的混合反应控制于80-90℃，加入亲水扩链剂后将温度控制于70-80℃，可以将温度控制于反应热点范围内，防止反应过于剧烈，保证反应的顺利进行，同时可以一定程度提高反应效率；加入成盐剂时将温度降至35-45℃，因之前反应温度较高，若在该条件下中和，会引起发热现象，使反应体系的温度迅速升高，若温度过低，会使预聚物的黏度变大，引起后续乳化步骤中乳化分散困难的问题；
(3)通过上述制备方法中的温度和时间的控制、以及加如原料的顺序，即采用两步法加料，先将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，然后将亲水扩链剂在第二步加入，得到的乳液粒径小，乳液发蓝，性能更加稳定，若采用一步法加料(即一次性添加所有原料)，得到的水性聚氨酯乳液粒径相对较大，乳液发白，性能亦较不稳定。
本发明还提供一种墙纸基膜，包括以下重量份原料制备而成：上述水性聚氨酯乳液95-105份、防霉剂1-2份、增稠剂0.5-1份和消泡剂0.5-1份。
本发明的墙纸基膜的有益效果在于：
(1)加入防霉剂、增稠剂和消泡剂，在保证良好的防水防碱性能的同时提高产品的稳定性能；
(2)提供将水性聚氨酯应用于墙纸基膜领域这一思路，为水性聚氨酯材料拓宽使用的范围；为墙纸基膜的领域提供新的产品，丰富墙纸基膜产品种类。
进一步的，所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂或纤维素增稠剂，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述防霉剂为水溶性防霉剂。
由上述描述可知，所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂或纤维素增稠剂，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述的防霉剂为水溶性防霉剂，优选型号为LM-76防霉剂，LM-76防霉剂是一种新型的工业防霉剂，同时具有防霉和抗菌的作用，是工业领域最有效的抗菌剂之一。
进一步的，包括以下重量份原料制备而成：水性聚氨酯乳液100份、防霉剂1-2份、增稠剂0.5-1份和消泡剂0.5-1份。
由上述描述可知，当水性聚氨酯乳液重量份为100份时的技术方案为优选的组分配比方案，其获得的水性聚氨酯乳液在成膜后具有更好的防水防碱性能。
本发明的实施例一为：
分别称取聚酯多元醇100份、二异氰酸酯45份、亲水扩链剂10份、成盐剂7份和水270份。所述聚酯多元醇为聚己二酸系聚酯二元醇。所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上。所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。所述成盐剂为三乙胺。
将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，于80℃条件下搅拌2h，然后加入亲水扩链剂，于70℃条件下搅拌3h，将温度降至35℃，然后加入成盐剂，充分搅拌后获得预聚物，将所述预聚物加入以800r/min速度进行搅拌的水中，搅拌至溶液充分乳化，获得所述水性聚氨酯乳液。
分别称取上述的水性聚氨酯乳液95份、防霉剂1份、增稠剂0.5份和消泡剂0.5份。所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂或纤维素增稠剂，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述防霉剂为水溶性防霉剂。将上述原料混合均匀，获得本实施例的墙纸基膜。
本发明的实施例二为：
分别称取聚酯多元醇120份、二异氰酸酯55份、亲水扩链剂12份、成盐剂9份和水300份。所述聚酯多元醇为聚己二酸系聚酯二元醇。所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上。所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。所述成盐剂为三乙胺。
将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，于90℃条件下搅拌3h，然后加入亲水扩链剂，于80℃条件下搅拌4h，将温度降至45℃，然后加入成盐剂，充分搅拌后获得预聚物，将所述预聚物加入以3000r/min速度进行搅拌的水中，搅拌至溶液充分乳化，获得所述水性聚氨酯乳液。
分别称取上述的水性聚氨酯乳液105份、防霉剂2份、增稠剂1份和消泡剂1份。所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂或纤维素增稠剂，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述防霉剂为水溶性防霉剂。将上述原料混合均匀，获得本实施例的墙纸基膜。
本发明的实施例三为：
分别称取聚酯多元醇110份、二异氰酸酯50份、亲水扩链剂11份、成盐剂8份和水285份。所述聚酯多元醇为聚己二酸系聚酯二元醇。所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上。所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。所述成盐剂为三乙胺。
将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，于85℃条件下搅拌2.5h，然后加入亲水扩链剂，于75℃条件下搅拌3.5h，将温度降至40℃，然后加入成盐剂，充分搅拌后获得预聚物，将所述预聚物加入以1500r/min速度进行搅拌的水中，搅拌至溶液充分乳化，获得所述水性聚氨酯乳液。
分别称取上述的水性聚氨酯乳液100份、防霉剂1.5份、增稠剂0.7份和消泡剂0.8份。所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂或纤维素增稠剂，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述防霉剂为水溶性防霉剂。将上述原料混合均匀，获得本实施例的墙纸基膜。
本发明的实施例四为：
仅墙纸基膜的组分不同，其他与实施例三相同。本实施例的墙纸基膜，包括以下重量份原料制备而成：上述的水性聚氨酯乳液100份、防霉剂1份、增稠剂0.5份和消泡剂0.5份。
本发明的实施例五为：
仅墙纸基膜的组分不同，其他与实施例三相同。本实施例的墙纸基膜，包括以下重量份原料制备而成：上述的水性聚氨酯乳液100份、防霉剂2份、增稠剂1份和消泡剂1份。
本发明的实施例六为：
分别称取100g PPC-3000、45g IPDI、10g DMPA、7.8g三乙胺和270g去离子水。在搅拌状态下将PPC-3000与IPDI混合，逐渐升温至80℃，保持在80℃下反应2个小时。加入DMPA，保持在80℃下，继续反应4个小时。将预聚物降温至40℃，加入计量好的中和剂三乙胺，中和5分钟，得到预聚物。将预聚物倒入高速搅拌的去离子水中乳化分散，充分乳化后，得到本发明的水性聚氨酯乳液。
取上述水性聚氨酯乳液100g，加入1gLM-76、0.5g增稠剂和0.5g消泡剂，在800-1000转的条件下搅拌均匀，获得本发明的墙纸基膜。
效果分析
取上述实施例一至实施例六获得的墙纸基膜，分别对它们进行成膜吸水率测定，并采用质量浓度为10％的氢氧化钠对其进行24小时浸泡，即对其进行防水和防碱测试。
测试结果见表1，表1为本发明的墙纸基膜的防水和防碱测试结果表。
表1
由表1可知，实施例一至实施例六获得的墙纸基膜的成膜吸水率均小于或等于3，它们在10％的氢氧化钠中浸泡24h后均不发生明显变化，因此，本发明的墙纸基膜具有良好的防水防碱性能。
综上所述，本发明提供的水性聚氨酯乳液具有完全无刺激性气味、环保、良好的成膜性能和附着力、很好的防水防碱性能的优点，本发明的水性聚氨酯乳液的制备方法具有制备方法简单、易操作，利于大规模的生产应用的优点，本发明的墙纸基膜具有同时保证良好的防水防碱性能和产品的稳定性能以及丰富墙纸基膜产品种类的有益效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水性聚氨酯乳液，其特征在于，包括以下重量份原料制备而成：聚酯多元醇100-120份、二异氰酸酯45-55份、亲水扩链剂10-12份、成盐剂7-9份和水270-300份。
2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述聚酯多元醇为聚己二酸系聚酯二元醇。
3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。
5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述成盐剂为三乙胺。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，将聚酯多元醇与二异氰酸酯混合，于80-90℃条件下搅拌2-3h，然后加入亲水扩链剂，于70-80℃条件下搅拌3-4h，将温度降至35-45℃，然后加入成盐剂，充分搅拌后获得预聚物，将所述预聚物加入以800-3000r/min速度进行搅拌的水中，搅拌至溶液充分乳化，获得所述水性聚氨酯乳液。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的水性聚氨酯乳液在墙纸基膜上的应用。
8.一种墙纸基膜，其特征在于，包括以下重量份原料制备而成：水性聚氨酯乳液95-105份、防霉剂1-2份、增稠剂0.5-1份和消泡剂0.5-1份，所述水性聚氨酯乳液为权利要求1至5任意一项所述的水性聚氨酯乳液。
9.根据权利要求8所述的墙纸基膜，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂或纤维素增稠剂，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述防霉剂为水溶性防霉剂。
10.根据权利要求8所述的墙纸基膜，其特征在于，包括以下重量份原料制备而成：水性聚氨酯乳液100份、防霉剂1-2份、增稠剂0.5-1份和消泡剂0.5-1份。
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