CN111303370B - 一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法，所述方法，包括加入后扩链剂；所述后扩链剂为EDA。本发明制备的水性聚氨酯，为淡蓝色半透明乳液，稳定性＞6个月；本发明制备的水性聚氨酯，乳液黏度为14‑15mPa·s，乳液粒径为28‑29 nm；本发明制备的水性聚氨酯，拉伸强度为9‑10MPa，断裂伸长率为400‑405%；吸水率为3.3‑3.7%。

Description

一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法
技术领域
本发明涉及水性聚氨酯的制备，具体涉及一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法，属于聚氨酯技术领域。
背景技术
水性聚氨酯( WPU) 是一种由柔性软段和刚性硬段组成的嵌段高分子聚合物并以乳胶粒形式分散在水中而形成的乳液。20 世纪 80 年代后，由于合成技术的发展，水性聚氨酯性能不断改进，促使其进入飞速发展阶段，水性聚氨酯乳液以广泛应用于织物涂层整理、涂料、胶黏剂、玻纤浸润剂、鞋化用树脂等方向。进入 21 世纪后，由于世界范围内日益高涨的环保要求，更加快了水性聚氨酯工业发展的步伐。
由于水性聚氨酯具有价格低廉、无污染、存储方便、应用广泛等优良性能，目前，国内外均较重视水性聚氨酯的开发和应用。
现有技术制备的水性聚氨酯，存在拉伸强度较低、吸水率高的缺陷。
发明内容
针对目前水性聚氨酯合成与应用的问题，本发明提供一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法，实现以下发明目的：
（1）提高水性聚氨酯的拉伸强度；
（2）降低水性聚氨酯的吸水率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法，所述方法，包括加入后扩链剂；所述后扩链剂为乙二胺（EDA）。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述加入后扩链剂，将多元醇、异氰酸酯聚合得到的聚氨酯预聚体分散在水中，剪切15-30min后加入后扩链剂进行扩链反应28-32min。
所述多元醇与异氰酸酯的质量比为： 45-55：32-36；所述多元醇与后扩链剂的质量比为45-55：0.045-0.055；所述聚氨酯预聚体与水的质量比为10:20-25。
所述剪切速度为1000-1800r/min；所述后扩链剂采用滴加的方式加入。
所述方法，还包括加入多元醇、异氰酸酯、催化剂，加入亲水扩链剂和溶剂，中和。
所述加入多元醇、异氰酸酯、催化剂，将多元醇在78-82℃下、0.08-0.1Mpa真空脱水2-3h，调节反应温度80-88℃，加入异氰酸酯，反应0.5-1h后加入催化剂，继续反应0.5-1h。
所述多元醇、异氰酸酯、催化剂的质量比为： 45-55：32-36：0.08-0.12；所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；所述多元醇为聚四氢呋喃二醇；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
所述加入亲水扩链剂和溶剂， 80-88℃反应1.5-3h；所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸；
所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述多元醇与亲水扩链剂的质量比为45-55：6.3-6.6；所述亲水扩链剂与溶剂的质量比为：6.5:4-6。
所述中和，降温至45-60℃，加入溶剂和中和剂中和成盐0.4-0.6h，得到端NCO基封端的聚氨酯预聚体。
所述溶剂为丙酮；所述中和剂为三乙胺； 所述多元醇与丙酮的质量比为45-55：2.8-3.2；所述中和剂与亲水扩链剂的摩尔比为0.8-1.2: 1。
所述加入中和剂中和，可将中和剂溶解于水中将预聚体分散到水中的过程中中和反应，所述的高速搅拌的剪切速度为1000-1800r/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明制备的水性聚氨酯，为淡蓝色半透明乳液，稳定性＞6个月；
（2）本发明制备的水性聚氨酯，乳液黏度为14-15mPa·s，乳液粒径为28-29 nm；
（3）本发明制备的水性聚氨酯，拉伸强度为9-10MPa，断裂伸长率为400-405%；吸水率为3.3-3.7%。
具体实施方式
实施例1一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法
包括以下步骤：
（1）加入多元醇、异氰酸酯、催化剂
将50质量份的多元醇在80℃下、0.09Mpa真空脱水2.5h，调节反应温度85℃，按照配比加入34质量份异氰酸酯、反应1h后加入0.1质量份催化剂，继续反应1h；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；
所述多元醇为聚四氢呋喃二醇；
所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
（2）加入亲水扩链剂和溶剂
加入6.5质量份亲水扩链剂和5质量份的溶剂，80℃反应2h；
所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）；
所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
（3）中和
在上述反应基础上，关闭加热装置，降温至45℃，加入3质量份的溶剂和一定量的中和剂中和成盐0.5h，得到端NCO基封端的聚氨酯预聚体，中和剂用量根据中和度100％加入；
所述加入中和剂中和，可采用将中和剂溶解于水中将步骤（2）制备的预聚体分散到水中的过程中进行中和反应。
所述中和剂和亲水扩链剂的摩尔比为1:1；
所述的溶剂为丙酮；
所述的中和剂为三乙胺。
（4）加入后扩链剂
称量去离子水，将上述端NCO基封端的聚氨酯预聚体在剪切速度1500r/min状态下分散到水中，端NCO基封端的聚氨酯预聚体与水的质量比为10:23，剪切15min后采用滴加的方式加入0.05质量份的后扩链剂，在常压室温下进行扩链反应30min后减压脱出溶剂，常温常压下静置熟化得到水性聚氨酯。
实施例2
在实施例1 的基础上，只改变后扩链剂的种类，采用EDA和A50为后扩链剂进行试验，试验结果如下：
表1 水性聚氨酯乳液外观以及稳定性
Figure DEST_PATH_IMAGE001
当DMPA用量相同时，添加后扩链剂制得乳液由透明变至半透明乳液，且经过稳定性检测三种乳液都具有良好的稳定性。
表2水性聚氨酯乳液的粒径和粘度
Figure 881222DEST_PATH_IMAGE002
当DMPA量相同时，加入EDA作为后扩链可以降低乳液粘度，对乳液粒径有适当的提高效果， A50为后扩链剂时，可以降低乳液粘度，同时明显降低乳液粒径。
表3水性聚氨酯的力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE003
当DMPA量相同时，添加后扩链剂EDA和A50均有利于提高拉伸强度。
表4水性聚氨酯的吸水率
Figure 470466DEST_PATH_IMAGE004
当DMPA量相同时，EDA后扩链的加入可以明显降低水性聚氨酯的吸水率。
除非特殊说明,本发明采用的百分比，均为质量百分比，采用的比例，均为质量比例。

Claims (1)

1.一种采用后扩链剂制备水性聚氨酯的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
（1）加入多元醇、异氰酸酯、催化剂
将50质量份的多元醇在80℃下、0.09Mpa真空脱水2.5h，调节反应温度85℃，按照配比加入34质量份异氰酸酯、反应1h后加入0.1质量份催化剂，继续反应1h；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；
所述多元醇为聚四氢呋喃二醇；
所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；
（2）加入亲水扩链剂和溶剂
加入6.5质量份亲水扩链剂和5质量份的溶剂，80℃反应2h；
所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸；
所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
（3）中和
在上述反应基础上，关闭加热装置，降温至45℃，加入3质量份的溶剂和一定量的中和剂中和成盐0.5h，得到端NCO基封端的聚氨酯预聚体，中和剂用量根据中和度100％加入；
所述中和剂和亲水扩链剂的摩尔比为1:1；
所述的溶剂为丙酮；
所述的中和剂为三乙胺；
（4）加入后扩链剂
称量去离子水，将上述端NCO基封端的聚氨酯预聚体在剪切速度1500r/min状态下分散到水中，端NCO基封端的聚氨酯预聚体与水的质量比为10:23，剪切15min后采用滴加的方式加入0.05质量份的后扩链剂，在常压室温下进行扩链反应30min后减压脱出溶剂，常温常压下静置熟化得到水性聚氨酯；
所述后扩链剂为乙二胺。
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