CN106366281A - 一种透明水性非离子聚氨酯树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种透明非离子水性聚氨酯树脂及其制备方法。该透明非离子水性聚氨酯树脂主要由以下重量份数的原料制备而成:聚四氢呋喃醚二醇70‑80份,非离子二元醇40‑50份,二异氰酸酯80‑100份,二羟甲基丁酸2‑5份,辛酸亚锡0.03‑0.05份,1,6‑己二醇5‑7份,三乙胺1‑3份,乙二胺2‑4份。该非离子水性聚氨酯树脂,胶膜力学性能更好,成膜性优,具有更好的耐水性、耐溶剂性和透光性。

Description

一种透明水性非离子聚氨酯树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域,具体涉及一种高光胶膜透明水性非离子聚氨酯树脂及其制备方法。
背景技术
聚氨酯树脂主要分为溶剂型聚氨酯树脂和水性聚氨酯树脂。溶剂型聚氨酯树脂是将高聚物聚氨基甲酸酯溶于二甲基酰胺(DMF),甲苯等有机溶剂而得到。水性聚氨酯树脂是将高聚物聚氨基甲酸酯分散于水中而制的。在目前的制革企业中,90%以上还是使用溶剂型聚氨酯树脂,只有不到10%的企业在使用水性聚氨酯树脂。
聚氨酯通常由异氰酸酯与多元醇通过逐步聚合反应得到,具有优良的耐低温,耐磨,耐脆化等特性,拉伸强度高,柔韧性,弹性及结构的可设计性好,被广泛用于涂料,胶黏剂,皮革涂饰剂等领域。近十几年来,随着人们的环保意识增强,一些发达国家先后制定了相应的溶剂法规,从而限制了溶剂型聚氨酯的发展。
水性聚氨酯(WPU)以水为介质,具有不燃,无毒,无污染等优点。WPU的制备主要是通过在聚氨酯主链上引入亲水基团,进而实现在水中的稳定分散。根据亲水基团类型的不同,WPU分为阳离子型,阴离子型和非离子型三类。
非离子型WPU不存在像离子型WPU的双电层结构,所以,其对电解质不敏感,可以适用于较宽的PH范围,这就大大拓宽了WPU的应用领域。非离子型水性聚氨酯乳液需要大量扩链剂,才能制备出稳定的非离子水性聚氨酯乳液,为了解决这类问题,提高WPU乳液的稳定性,胶膜的耐水性,耐溶剂性和力学性能,特发明了此非离子水性聚氨酯树脂及其合成方法。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种透明非离子水性聚氨酯树脂及其制备方法。
本发明所述的透明非离子水性聚氨酯树脂主要由以下重量份数的原料制备而成:
聚四氢呋喃醚二醇70-80份,
非离子二元醇40-50份,
二异氰酸酯80-100份,
二羟甲基丁酸2-5份,
辛酸亚锡0.03-0.05份,
1,6-己二醇5-7份,
三乙胺1-3份,
乙二胺2-4份。
所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为250-950,优选300-900,更优选400-800。
所述非离子二元醇的数均分子量为1000-2000。
所述二异氰酸酯的数均分子量为168-280,优选210-280,更优选265-280.上述二异氰酸酯可以是1,6-己二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯等;其中优选二环己基甲烷二异氰酸酯。
本发明所述的透明非离子水性聚氨酯树脂的制备方法主要包括以下步骤:
(1)预聚反应:将70-80重量份聚四氢呋喃醚二醇、40-50重量份非离子二元醇、80-100重量份二异氰酸酯、0.03-0.05重量份辛酸亚锡混合,在80-90℃反应2-3小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体;
(2)扩链反应:降温至60-70℃后加入2-5重量份二羟甲基丁酸、5-7重量份1,6-己二醇,在80-90℃下保温2-3小时,丙酮调节粘度;
(3)降温乳化:降温至60℃以下出料,然后加入1-3重量份三乙胺、2-4重量份乙二胺以及水进行乳化;
(4)蒸馏:60-70℃蒸馏除去丙酮,即得所述的非离子水性聚氨酯树脂。
本发明将特定分子量和重量份的聚四氢呋喃醚二醇、非离子二元醇与二异氰酸酯反应,经过扩链剂加成和聚合反应,通过乳化和蒸馏过程,制得稳定的非离子水性聚氨酯树脂。与现有技术相比,本发明所述非离子水性聚氨酯树脂,胶膜力学性能更好,成膜性优,具有更好的耐水性、耐溶剂性和透光性。
具体实施方式
实施例一
本实施例用于说明本发明提供的透明非离子水性聚氨酯树脂的合成方法。
1.预聚反应:将70重量份数均分子量为250的聚四氢呋喃醚二醇、40重量份数均分子量为1000的非离子二元醇、80重量份数均分子量为168的二异氰酸酯、0.03重量份辛酸亚锡混合,在80℃反应2小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体。
2.扩链反应:降温至60℃后加入2重量份的二羟甲基丁酸、5重量份的1,6-己二醇,在80℃下保温2小时,丙酮调节粘度。
3.降温乳化:降温至60℃后出料,然后加入1重量份的三乙胺、2重量份的乙二胺以及水进行乳化。
4.蒸馏:60℃蒸馏除去丙酮,即得本发明所述的非离子水性聚氨酯树脂。
实施例二
本实施例用于说明本发明提供的非离子水性聚氨酯树脂的合成方法。
1.预聚反应:将80重量份数均分子量为950的聚四氢呋喃醚二醇、50重量份数均分子量为2000的非离子二元醇、100重量份数据分子量为280的二异氰酸酯、0.05重量份辛酸亚锡混合,在90℃反应3小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体。
2.扩链反应:降温至70℃后加入5重量份的二羟甲基丁酸、7重量份的1,6-己二醇,在90℃下保温3小时,丙酮调节粘度。
3.降温乳化:降温至60℃后出料,然后加入3重量份的三乙胺、4重量份的乙二胺以及水进行乳化。
4.蒸馏:70℃蒸馏除去丙酮,即得本发明所述的非离子水性聚氨酯树脂。
实施例三
本实施例用于说明本发明提供的非离子水性聚氨酯树脂的合成方法。
1.预聚反应:将72重量份数均分子量为450的聚四氢呋喃醚二醇、42重量份数均分子量为1200的非离子二元醇、85重量份数均分子量为270的二异氰酸酯、0.035重量份的辛酸亚锡混合,在82℃反应2.2小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体。
2.扩链反应:降温至62℃后加入2.5重量份的二羟甲基丁酸、5.5重量份的1,6-己二醇,在82℃下保温2.2小时,丙酮调节粘度。
3.降温乳化:降温至38℃后出料,然后加入1.5重量份的三乙胺,2.5重量份的乙二胺以及水进行乳化。
4.蒸馏:62℃蒸馏除去丙酮,即得本发明所述的非离子水性聚氨酯树脂。
实施例四
本实施例用于说明本发明提供的非离子水性聚氨酯树脂的合成方法。
1.预聚反应:将78重量份数均分子量为650的聚四氢呋喃醚二醇、48重量份数均分子量为1800的非离子二元醇、95重量份数均分子量为265的二异氰酸酯、0.045重量份的辛酸亚锡混合,在88℃反应2.8小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体。
2.扩链反应:降温至68℃后加入4.5重量份的二羟甲基丁酸,6.5重量份的1,6-己二醇,在88℃下保温2.8小时,丙酮调节粘度。
3.降温乳化:降温至58℃后出料,然后加入2.5重量份的三乙胺,3.5重量份的乙二胺以及水进行乳化。
4.蒸馏:68℃蒸馏除去丙酮,即得本发明所述的非离子水性聚氨酯树脂。
实施例五
本实施例用于说明本发明提供的非离子水性聚氨酯树脂的合成方法。
1.预聚反应:将75重量份数均分子量为525的聚四氢呋喃醚二醇、45重量份数均分子量为1500的非离子二元醇、90重量份数均分子量为180的二异氰酸酯、0.04重量份的辛酸亚锡混合,在85℃反应2.5小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体。
2.扩链反应:降温至65℃后加入3.5重量份的二羟甲基丁酸、6重量份的1,6-己二醇,在85℃下保温2小时,丙酮调节粘度。
3.降温乳化:降温至48℃后出料,然后加入2重量份的三乙胺,3重量份的乙二胺以及水进行乳化。
4.蒸馏:65℃蒸馏除去丙酮,即得本发明所述的非离子水性聚氨酯树脂。
对比例一
按照同实施例2的方法制备了水性聚氨酯树脂,除了所采用的聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为1000。
对比例二
按照同实施例2的方法制备了水性聚氨酯树脂,除了辛酸亚锡是在扩链反应中加入而非在预聚反应中加入。
对比例三
按照同实施例3的方法制备水性聚氨酯树脂,除了在乳化反应中用二甲基氨基乙醇和异佛尔酮二胺来取代三乙胺和乙二胺。
对比例四
按照同实例4的方法制备了水性聚氨酯树脂,除了将二异氰酸酯的用量减少为50重量份。
性能测试:
除了对比例三的聚氨酯乳液在乳化过程中产生分层未得到均匀的聚氨酯树脂外,对于由实施例1-5以及对比例1-2、4得到的聚氨酯树脂,测试了其拉伸强度和透光率,具体如表1所示:
表1聚氨酯树脂性能测试结果
由上可见,本发明通过控制聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量、二异氰酸酯的用量、辛酸亚锡的加入时机并在乳化反应中选择合适的试剂三乙胺和乙二胺,获得了拉伸强度和透光率均较高的聚氨酯树脂。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种透明非离子水性聚氨酯树脂,其特征在于,主要由以下重量份数的原料制备而成:
聚四氢呋喃醚二醇70-80份,
非离子二元醇40-50份,
二异氰酸酯80-100份,
二羟甲基丁酸2-5份,
辛酸亚锡0.03-0.05份,
1,6-己二醇5-7份,
三乙胺1-3份,
乙二胺2-4份。
2.如权利要求1所述的透明非离子水性聚氨酯树脂,其特征在于,所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为250-950。
3.如权利要求1所述的透明非离子水性聚氨酯树脂,其特征在于,所述非离子二元醇的数均分子量为1000-2000。
4.如权利要求1所述的透明非离子水性聚氨酯树脂,其特征在于,所述二异氰酸酯的数均分子量为168-280。
5.如权利要求1所述的透明非离子水性聚氨酯树脂,其特征在于,所述二异氰酸酯是1,6-己二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种。
6.如权利要求1所述的透明非离子水性聚氨酯树脂,其特征在于,所述二异氰酸酯是二环己基甲烷二异氰酸酯。
7.如权利要求1-6任一所述的透明非离子水性聚氨酯树脂的制备方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
(1)预聚反应:将70-80重量份聚四氢呋喃醚二醇、40-50重量份非离子二元醇、80-100重量份二异氰酸酯、0.03-0.05重量份辛酸亚锡混合,在80-90℃反应2-3小时,合成端基带有异氰酸官能团的预聚体;
(2)扩链反应:降温至60-70℃后加入2-5重量份二羟甲基丁酸、5-7重量份1,6-己二醇,在80-90℃下保温2-3小时,丙酮调节粘度;
(3)降温乳化:降温至60℃以下出料,然后加入1-3重量份三乙胺、2-4重量份乙二胺以及水进行乳化;
(4)蒸馏:60-70℃蒸馏除去丙酮,即得所述的非离子水性聚氨酯树脂。
8.如权利要求7所述的透明非离子水性聚氨酯树脂的制备方法,其特征在于,所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为250-950。
9.如权利要求7所述的透明非离子水性聚氨酯树脂的制备方法,其特征在于,所述非离子二元醇的数均分子量为1000-2000。
10.如权利要求7所述的透明非离子水性聚氨酯树脂的制备方法,其特征在于,所述二异氰酸酯的数均分子量为168-280。
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