CN106188480A - 一种高耐磨单组分软质水性聚氨酯树脂及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨单组分软质水性聚氨酯树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，属于聚氨酯树脂技术领域，除水以外包括以下重量百分比的组分：40％‑80％的多羟基化合物、0.5％‑20％的离子或潜力型亲水化合物、10％‑45％的脂肪族异氰酸酯化合物、0.5％‑10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物；多羟基化合物分子量为400‑5000，含有羟基或氨基的低分子量化合物分子量为40‑500。本发明还公开了其制备方法；本发明一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，使用聚碳酸酯‑己内酯多元醇，该原料兼具了聚碳酸酯和聚己内酯多元醇的优点，高耐磨、强度好、柔韧性；本发明的制备方法，制备方法简便、用现有设备可以生产。

Description

一种高耐磨单组分软质水性聚氨酯树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯树脂技术领域，具体涉及一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂及其制备方法。
背景技术
目前，溶剂型聚氨酯树脂作为传统合成革制品的基本原料，其生产过程大多采用二甲基甲酸胺(DMF)、甲苯等作为溶剂。在溶剂型的干法生产中溶剂很少，这不仅造成了有机溶剂和能源的大量浪费，还势必会严重影响生态环境。欧共体最新生态标准也将有毒有害的溶剂可使用范围有了新的界定，同时我国环保部门对皮革行业的污水排放规定DMF含量在2mg/L以下。
水性聚氨酯树脂以水为分散介质，具有不燃、无毒、安全、环保等优点，水性聚氨酯树脂的开发应用成为国内外研究的热点，几乎所有的大的化学公司、中小型的化学公司和大学的研究中心都投入了大量的人力和物力进行了水性聚氨酯树脂的研究和开发。
目前高耐磨单组分软质的水性聚氨酯树脂，鲜见公开报道。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，实现单组份软质水性聚氨酯树脂提高耐磨
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，除水以外包括以下重量百分比的组分：40％-80％的多羟基化合物、0.5％-20％的离子或潜力型亲水化合物、10％-45％的脂肪族异氰酸酯化合物、0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物；多羟基化合物分子量为400-5000，含有羟基或氨基的低分子量化合物分子量为40-500。
所述的40％-80％的多羟基化合物包括以下重量百分比的组分：40％-90％聚碳酸酯-己内酯多元醇、10％-40％聚醚多元醇和5％-20％聚酯多元醇；其中，聚碳酸酯-己内酯多元醇是基于聚碳酸酯与己内酯单体的共聚多元醇，分子量为800～4000。
离子或潜力型亲水化合物是指带有-COOY、SO3Y、-PO(OY)2、-NR2、-NR3+基团的化合物；其中，Y选自H、NH4+和金属阳离子，R选自H、烷基和芳基。
所述的脂肪族异氰酸酯化合物包括以下重量百分比的组分：10％-90％脂肪族异氰酸酯化合物和不超过10％的多异氰酸酯化合物。
所述的含有羟基或氨基的低分子量化合物选自醇胺类、胺类、二元胺、二元醇、三元醇和三元胺。
所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂的制备方法，包括如下步骤：
1)向反应釜中加入，40％-80％的多羟基化合物、10％-45％的脂肪族异氰酸酯化合物，控温80-90℃，常压下反应5h，得到多元醇与异氰酸酯的预聚体；
2)向步骤1)预聚体中加入0.5％-20％的离子或潜力型亲水化合物、0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，控温70-100℃，常压下反应2h；待体系NCO含量达到理论值后，降温至40-70℃，加入溶剂丙酮和0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，反应45分钟，在高速搅拌的条件下加入去离子水，乳化后加入0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，控温30-50℃，常压下反应2h，加入适量消泡剂在一定条件下抽除溶剂丙酮，反应得到水性聚氨酯乳液；
3)向步骤2)水性聚氨酯乳液中最后加入增稠剂、润湿流平剂、防粘剂和消泡剂，常温搅拌1h，制得高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂。
步骤3)中，所述的润湿流平剂为改性聚硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述的防粘剂为聚醚改性有机硅或微粉化改性蜡；消泡剂为聚醚改性有机硅类化合物或二炔类化合物；增稠剂为缔合型水性聚氨酯。
有益效果：现有高耐磨树脂，通常是提高硬度或者为双组份树脂需要加入架桥剂；与现有技术相比，本发明的一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，具备以下优势：首次使用聚碳酸酯-己内酯多元醇，从而实现单组份软质水性聚氨酯树脂提高耐磨，聚碳酸酯-己内酯多元醇兼具了聚碳酸酯和聚己内酯多元醇的优点，高耐磨、强度好、柔韧性；本发明的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂制备方法简便、用现有设备可以生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，除水以外包括以下重量百分比的组分：40％-80％的多羟基化合物、0.5％-20％的离子或潜力型亲水化合物、10％-45％的脂肪族异氰酸酯化合物、0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物。多羟基化合物分子量为400-5000，含有羟基或氨基的低分子量化合物分子量为40-500。
多羟基化合物包括以下重量百分比的组分：40％-90％聚碳酸酯-己内酯多元醇、10％-40％聚醚多元醇和5％-20％聚酯多元醇；其中，聚碳酸酯-己内酯多元醇是基于聚碳酸酯与己内酯单体的共聚多元醇，分子量为800～4000。
离子或潜力型亲水化合物是指带有-COOY、SO3Y、-PO(OY)2、-NR2、-NR3+基团的化合物，其中Y选自H、NH4+和金属阳离子，R选自H、烷基和芳基。
脂肪族异氰酸酯化合物包括以下重量百分比的组分：10％-90％脂肪族异氰酸酯化合物和不超过10％的多异氰酸酯化合物。
脂肪族异氰酸酯化合物，包括二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)。多异氰酸酯化合物，包括基于HDI的缩二脲聚合物，如Desmodur N 100(商用名)；基于HDI的三聚体，如Desmodur N 3300(商用名)；基于IPDI的三聚体，如Desmodur Z 4470(商用名)。
含有羟基或氨基的低分子量化合物选自二元胺、二元醇、三元醇和三元胺。典型的低分子量化合物选自乙二醇、丙二醇、二甘醇、丁二醇、三甘醇、三羟甲基丙烷、乙二胺和二乙烯三胺、二甲基乙醇胺、三乙胺。
高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂的制备方法，包括如下步骤：
1)向反应釜中加入，40％-80％的多羟基化合物(其中组成包括40％-90％聚碳酸酯-己内酯多元醇、10％-40％聚醚多元醇和5％-20％聚酯多元醇)、10％-45％的脂肪族异氰酸酯化合物，控温80-90℃，常压下反应5h，得到多元醇与异氰酸酯的预聚体；
2)向步骤1)中得到的预聚体中加入0.5％-20％的离子或潜力型亲水化合物(例如二羟甲基丙酸)、0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物(例如：丁二醇、三羟甲基丙烷，)控温70-100℃，常压下反应2h；待体系NCO含量达到理论值后，降温至40-70℃，加入溶剂丙酮和0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，(例如二甲基乙醇胺)反应45分钟，在高速搅拌的条件下加入去离子水，乳化后加入0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物(例如：乙二胺和二乙烯三胺)，控温30-50℃，常压下反应2h，加入0.1kg消泡剂在一定条件下抽除溶剂丙酮，反应得到水性聚氨酯乳液；
3)向步骤2)中得到水性聚氨酯乳液最后加入增稠剂、润湿流平剂、防粘剂和消泡剂，常温搅拌1h，制得高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂。
步骤3)中，所述的润湿流平剂为改性聚硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述的防粘剂为聚醚改性有机硅或微粉化改性蜡；消泡剂为聚醚改性有机硅类化合物或二炔类化合物；增稠剂为缔合型水性聚氨酯。
润湿流平剂为改性聚硅氧烷，如Levaslip 455(商用名)；或为聚醚改性聚二甲基硅氧烷，如Wet-250(商用名)。防粘剂为聚醚改性有机硅，如BYK-310(商用名)，或为微粉化改性蜡，如Ceraflour 962(商用名)。
消泡剂为聚醚改性有机硅类化合物，如BYK-020(商用名)；消泡剂为二炔类化合物，如Surfynol DF-75(商用名)；增稠剂为缔合型水性聚氨酯，如UH-420(商用名)或为碱溶胀型聚丙烯酸乳液，如ASE-60(商用名)。
多羟基化合物选自聚己二酸乙二醇己二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇己二醇酯二醇和聚己二酸新戊二醇丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸丁二酸丁二醇酯二醇、聚碳酸酯-己内酯多元醇。聚醚多元醇选自聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二元醇和聚氧化乙烯二醇。
离子或潜力型亲水化合物选自二氨基磺酸盐、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、羟基新戊酸、2-(2-氨基乙基氨基)乙磺酸和N-甲基二乙醇胺和环己基氨基丙磺酸。
含有羟基或氨基低分子量化合物选自二元醇、三元醇和二元胺和三元胺。典型的低分子量化合物选自乙二醇、丙二醇、二甘醇、丁二醇、三甘醇、三羟甲基丙烷、乙二胺和二乙烯三胺。
水性聚氨酯树脂的制革应用：将水性聚氨酯树脂刮涂在离型纸上，烘半干，转移到合成革BASE上，做成革。测试耐磨。
一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，制备方法如下：
1)向反应釜中加入，20.1kg二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、0.3kg多异氰酸酯化合物(Desmodur Z 4470)、22.85kg聚碳酸酯-己内酯多元醇(属于多羟基化合物)(分子量2000)、9.28kg聚四氢呋喃二元醇(分子量1000)，2.1kg聚己二酸新戊二醇己二醇酯二醇(分子量1000)、控温80-90℃，常压下反应5h，反应得到多元醇与异氰酸酯的预聚体；
2)向步骤1)中得到的多元醇与异氰酸酯的预聚体中再加入1.6kg二羟甲基丙酸、1.0kg丁二醇、0.14kg三羟甲基丙烷，控温70-100℃，常压下反应2h；待体系NCO含量达到理论值后，降温至40-70℃，加入适量溶剂丙酮和1.5kg二甲基乙醇胺反应45分钟，在高速搅拌的条件下加入去离子水，乳化45分钟后加入0.6kg乙二胺和0.1kg二乙烯三胺，控温30-50℃，常压下反应2h，加入0.1kg消泡剂在一定条件下抽除溶剂丙酮，反应得到水性聚氨酯乳液；
3)最后加入1kg增稠剂、0.1kg润湿流平剂、0.8kg防粘剂和消泡剂0.3kg，常温搅拌1h，制得高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂。

Claims (7)

1.一种高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，其特征在于：除水以外包括以下重量百分比的组分：40％-80％的多羟基化合物、0.5％-20％的离子或潜力型亲水化合物、10％-45％的脂肪族异氰酸酯化合物、0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物；多羟基化合物分子量为400-5000，含有羟基或氨基的低分子量化合物分子量为40-500。
2.根据权利要求1所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述的40％-80％的多羟基化合物包括以下重量百分比的组分：40％-90％聚碳酸酯-己内酯多元醇、10％-40％聚醚多元醇和5％-20％聚酯多元醇；其中，聚碳酸酯-己内酯多元醇是基于聚碳酸酯与己内酯单体的共聚多元醇，分子量为800～4000。
3.根据权利要求1所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，其特征在于：离子或潜力型亲水化合物是指带有-COOY、SO3Y、-PO(OY)2、-NR2、-NR3+基团的化合物；其中，Y选自H、NH4+和金属阳离子，R选自H、烷基和芳基。
4.根据权利要求1所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述的脂肪族异氰酸酯化合物包括以下重量百分比的组分：10％-90％脂肪族异氰酸酯化合物和不超过10％的多异氰酸酯化合物。
5.根据权利要求1所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述的含有羟基或氨基的低分子量化合物选自醇胺类、胺类、二元胺、二元醇、三元醇和三元胺。
6.权利要求1～5中任意一项所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)向反应釜中加入，40％-80％的多羟基化合物、10％-45％的脂肪族异氰酸酯化合物，控温80-90℃，常压下反应5h，得到多元醇与异氰酸酯的预聚体；
2)向步骤1)预聚体中加入0.5％-20％的离子或潜力型亲水化合物、0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，控温70-100℃，常压下反应2h；待体系NCO含量达到理论值后，降温至40-70℃，加入溶剂丙酮和0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，反应45分钟，在高速搅拌的条件下加入去离子水，乳化后加入0.5％-10％的含有羟基或氨基的低分子量化合物，控温30-50℃，常压下反应2h，加入适量消泡剂在一定条件下抽除溶剂丙酮，反应得到水性聚氨酯乳液；
3)向步骤2)水性聚氨酯乳液中最后加入增稠剂、润湿流平剂、防粘剂和消泡剂，常温搅拌1h，制得高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂。
7.根据权利要求6所述的高耐磨单组份软质水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的润湿流平剂为改性聚硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述的防粘剂为聚醚改性有机硅或微粉化改性蜡；消泡剂为聚醚改性有机硅类化合物或二炔类化合物；增稠剂为缔合型水性聚氨酯。
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