CN109180899A - 水性聚氨酯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性聚氨酯及其制备方法，聚酯多元醇120‑180、内交联剂3‑6、亲水基团20‑25、异氰酸酯单体90‑120、丙酮190‑250、有机硅偶联剂5‑25、中和成盐剂10‑15、去离子水495‑651、后扩链剂20‑30。本发明中。本发明向聚氨酯树脂中引入机硅偶联剂使得运用在纸张上时使其具有非常好的纸张强度、耐候性、耐水性和对颜料的附着力等特点。

Description

水性聚氨酯及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

随着印刷技术的不断发展，印刷行业对纸张表面性能提出了更高的要求。而造纸原料的结构却发生了较大的变化，如废纸回用率的提高，高得率浆、草浆的应用和高填料的加入等，均导致了纸张性能的恶化。通过表面施胶可以改进纸张的某些性能，以满足印刷领域不断发展的要求。传统的表面施胶剂与纤维的亲和力较差，而且在印刷过程中易出现掉毛掉粉的现象，因此新型表面施胶剂应运而生。

聚氨酯被称为性能最优异的树脂而在各个行业得到了广泛的应用。水性聚氨酯具有成膜性好、粘结强度高、耐磨性好等优良的综合性能，和无毒无污染、运输安全等环境友好的特点，将其用作纸张表面施胶剂，可以在低用量的前提下大大改善纸张的表面性能，尤其是纸张表面强度、纸张印刷强度、耐水性及纸张与油墨或颜料之间的粘结性等，使纸页更符合现代高速发展的印刷等行业的需要。

又如中国专利文献CN102086258B中公开了一种用于丝网油墨连接料的水性聚氨酯及其制法。由亲水扩链剂、聚酯多元醇、小分子扩链剂和过量的异氰酸酯反应，生成NCO封端的预聚体，再和小分子二胺扩链剂反应，生成含脲键的NCO封端的预聚体，反应过程中用丙酮调节粘度，二正丁胺滴定终点；降温至50℃以下，加入亲水扩链剂物质量80～95％的三乙胺中和成盐，然后将预聚体倒入含计量好的乙二胺的水中乳化、脱除丙酮，得到水性聚氨酯。

该配方及制备工艺虽然能够使纸张对于油墨等具有一定的粘接力，但是粘接力不强，同时对于纸张强度、耐候性、耐水性等性能无显著提高。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的之一在于提供一种提高纸张强度、耐候性、耐水性和对颜料的附着力的水性聚氨酯。本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的水性聚氨酯的制备方法。

为了达到以上目的之一，本发明采用的技术方案是：一种水性聚氨酯，按重量份数记，包括如下组分：

优选地，所述聚酯二元醇1#的数均分子量为1500-3000。

优选地，所述内交联剂采用三羟甲基丙烷、甘油或1，2，6-己三醇中的至少一种。

优选地，所述亲水基团采用二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟甲基戊酸中的至少一种。

优选地，异氰酸酯单体采用甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。

优选地，所述有机硅偶联剂采用kh-550、kh-560、kh-570中的至少一种。

优选地，所述中和成盐剂采用三乙胺、三正丁胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种；所述后扩链剂采用乙二胺、丁二胺、异佛尔酮二胺、己二胺中的至少一种。

优选地，还包括助剂，所述助剂采用催化剂或润湿剂中的至少一种。

优选地，所述催化剂采用有机铋催化剂、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡钛酸四丁酯中的至少一种。

为了达到以上目的之二，本发明采用的技术方案是：

一种水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：

第一步：将聚酯多元醇、内交联剂、亲水基团、异氰酸酯单体和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入有机硅偶联剂，反应5-20min，加入中和成盐剂进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将后扩链剂稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

由于有机硅偶联剂含有可水解的交联的活性基团，所以本发明采用有机硅偶联剂与聚氨酯进行接枝改性，使改性后的聚氨酯具有较好的表面性能，改善了皮膜的耐低温性和耐水性、耐油性，使成出来的水性聚氨酯用于印刷工艺时能够提高纸张的机械性能、耐水性和对颜料粘接性能。

采用本发明的技术方案用于纸张上时，本发明人发现其纸张强度、耐候性、耐水性和对颜料的附着力均得到了显著的提高，其中纸张强度最大为20Nm/g、最小为10Nm/g，耐折度最大为119、最小为100，施胶度最大为92、最小为75，比现有技术的纸张强度9Nm/g至少提高了11％，比现有技术的耐折度95至少提高了5％，比现有技术的耐折度73至少提高了3％，取得了较好的技术效果。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下所述己二酸、1.4-丁二醇、乙二醇、1.6-己二醇、辛戊二醇、聚乙二醇、聚己内酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲基甲酰胺和甲醇均是市场上可以购买到的。

【实施例1】：

第一步：将聚酯多元醇、甘油、二羟甲基丁酸、甲苯二异氰酸酯和15％-30％的丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％的丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-570，反应5-20min，加入三正丁胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：用水将后乙二胺、丁二胺、异佛尔酮二胺和己二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【实施例2】：

第一步：将聚酯多元醇、1，2，6-己三醇、二羟甲基戊酸、二苯基甲烷二异氰酸酯和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-570，反应5-20min，加入三乙胺、三正丁胺、二乙醇胺、三乙醇胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：用水将丁二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【实施例3】：

第一步：将聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-550，反应5-20min，加入三乙胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将异佛尔酮二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【实施例4】：

第一步：将聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、甘油、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-550、kh-560，反应5-20min，加入三乙胺、三正丁胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将乙二胺、丁二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【实施例5】：

第一步：将聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、甘油、1，2，6-己三醇、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟甲基戊酸、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和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-550、kh-560、kh-570，反应5-20min，加入二乙醇胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将乙二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【实施例6】：

第一步：将聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、A份丙酮和0.1份有机铋催化剂加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-550，反应5-20min，加入三乙胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将异佛尔酮二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【实施例7】：

第一步：将聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-550，反应5-20min，加入三乙胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将异佛尔酮二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后加入润湿剂搅拌得到水性分散体乳液。

【实施例8】：

第一步：将聚酯多元醇、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、15％-30％丙酮、0.05份二月桂酸二丁基锡和0.05份辛酸亚锡钛酸四丁酯加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入kh-550，反应5-20min，加入三乙胺进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将异佛尔酮二胺稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后加入润湿剂搅拌得到水性分散体乳液。

【比较例1】：

将聚酯多元醇投入反应釜，升温至100℃，真空脱水120min，加入甘油、二羟甲基丁酸搅拌，升温至120℃，保温直到二羟甲基丁酸完全溶解，然后降温至60℃，加入甲苯二异氰酸酯，待反应温度恒定后，升温至75℃，保温3h，降温至50℃，加入用丙酮稀释过的乙二胺、丁二胺、异佛尔酮二胺和己二胺，反应过程中用丙酮调节粘度；二正丁胺滴定终点，达到预定的NCO含量后，降温至50℃以下，加入三正丁胺，充分混合10Min，将混合物倾入含5Kg乙二胺的去离子水中，乳化机乳化20Min，然后将乳液在20～50℃下，真空脱除丙酮，得到一水性聚氨酯树脂乳液。

【比较例2】：

第一步：将600kg分子量Mn2300的PEBA、40KgDMPA、NPG 5Kg、TMP 2Kg、和IPDI205Kg加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％的丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入三乙胺29Kg进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：用水将MOCA22Kg稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。

【产品检测】：

检测仪器：万能试验机、高低温测试箱、水槽、秒表、胶粘带、

检测对象：实施例1-8及比较例1-2中的聚氨酯树脂

方法：将质量分数为1.5％的待测聚氨酯树脂于纸张上施胶,经恒温恒湿平衡4h后制得样品,裁剪成15mm×250mm的试样,按照GB/T457-2008的标准将试样于万能试验机上测得抗张指数、采用纸张耐折度测定仪测得纸张的耐折度；

将试样放置于﹣20℃和60℃的高低温测试箱中12小时，测得其耐候性；

采用tstocking法(药液渗透法)，利用液体渗透法测定施胶度；

将试样表面贴上胶粘带，保证无气泡，按照《圆盘磨试验仪操作指引》进行试验，得到颜料附着力的强度(即色牢度)。

【检测结果】：

在表1中列出了根据实施例1-8、比较例1-2所制备的聚氨酯树脂在测试方法下的测试结果：

上述实验结果表明，实施例1-8均有较好的提高纸张强度、耐候性、耐水性和对颜料的附着力的效果，尤其以实施例8为最优。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水性聚氨酯，按重量份数记，包括如下组分：

。

2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述聚酯二元醇1#的数均分子量为1500-3000。

3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述内交联剂采用三羟甲基丙烷、甘油或1，2，6-己三醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述亲水基团采用二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟甲基戊酸中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：异氰酸酯单体采用甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述有机硅偶联剂采用kh-550、kh-560、kh-570中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述中和成盐剂采用三乙胺、三正丁胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种；所述后扩链剂采用乙二胺、丁二胺、异佛尔酮二胺、己二胺中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：还包括助剂，所述助剂采用催化剂或润湿剂中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述催化剂采用有机铋催化剂、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡钛酸四丁酯中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：将聚酯多元醇、内交联剂、亲水基团、异氰酸酯单体和15％-30％丙酮加入反应釜内，反应温度为80-90℃，反应时间为5-7小时，为防止粘度高于10000CPS/80℃，可间隔0.5-1.5小时向内加入15％-30％丙酮，当测NCO值大于6时，降温至60℃，加入有机硅偶联剂，反应5-20min，加入中和成盐剂进行中和，快速加入去离子水进行乳化；

第二步：将用水将后扩链剂稀释后投入反应釜进行后扩链反应，进一步增大分子量，充分反应10-45分钟后得到水性分散体乳液。