CN111560110B - 一种抗吸潮水性聚氨酯分散体及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗吸潮水性聚氨酯分散体及其制备方法与应用，本发明属于水性聚氨酯涂层树脂领域。本发明将聚醚二元醇、官能度≥3的聚醚多元醇、侧链烷烃二元醇和多异氰酸酯一起反应得到预聚物，然后加入扩链剂继续反应，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂分散体，利用该抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂分散体可以制备水性聚氨酯涂层树脂。本发明最终制备的水性聚氨酯涂层树脂具有既可以阻隔水汽、遇潮不发雾等特点。

Description

一种抗吸潮水性聚氨酯分散体及其制备方法与应用
技术领域：
本发明属于一种水性聚氨酯涂层树脂技术领域，具体涉及一种抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂及其制备方法与应用。
背景技术：
水性聚氨酯由于其无毒、环保等特点，广泛用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂以及织物涂层等领域。水性聚氨酯的成膜过程属于多相体系融合，在应用领域能够很好的体现其透气透湿性。然而在使用时，水、饮料、血液、尿液等液体很容易渗透至水性聚氨酯涂层背面，造成印渍等清洗困难。因此改善水性聚氨酯涂层的透水透气性能可以大幅拓展水性聚氨酯在家庭护理领域的应用。
目前针对改善水性树脂的透水透气的方法有很多。如增加涂层上浆量来增加涂层厚度，使用蜡助剂来提升拒水性，减少填料量增加成膜致密性等，这些方法都是属于物理改性，效果有限，而且成本大幅增加。在化学改性领域，美国专利US5348785、US4619853、US4643930等采用引入含氟组分来改善透水性；美国专利US5558916则是通过各种疏水性组分来制备不透水的膜，但是这些方法不仅生产工艺复杂，生产成本高，而且伴随有其他物性的缺失。美国专利US2003087567通过接枝一种含有脂肪族侧链的脂肪醇来提高水性聚氨酯的抗吸潮性能，但是该方法对水汽的阻隔效果仍然有限，在潮湿空气中，织物涂层表面常常会出现发雾或者斑点等瑕疵。因此，开发一款不仅可以阻隔水汽，而且表面不发雾的抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂，可以极大的满足应用需求，同时也会拓宽水性聚氨酯在织物涂层领域的应用。
发明内容：
发明目的：本要解决的技术问题是提供一种抗吸潮水性聚氨酯分散体，以解决现有技术中水性聚氨酯涂层树脂隔水性差、表面容易发雾或产生斑点等问题。
本发明还要解决的技术问题是提供上述抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法
本发明最后要解决的技术问题是提供上述抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂的应用。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚醚二元醇、官能度≥3的聚醚多元醇、侧链烷烃二元醇和多异氰酸酯投入反应釜中，搅拌均匀后加入催化剂和溶剂，60-100℃反应1-2h，得到PU预聚物；
(2)将步骤(1)得到的PU预聚物降温至65℃，加入亲水扩链剂、多元醇扩链剂以及溶剂，所述亲水扩链剂、多元醇扩链剂与步骤(1)中聚醚二元醇的质量比为(2-10)：(0-10)：(25-80)，再升温至60-90℃，继续反应3-6h；
(3)降温加入溶剂稀释；
(4)当温度降至为35℃以下时，加入中和剂，中和10-30min；
(5)在高速搅拌下，将步骤(4)得到的PU预聚物分散在水中，得到PU分散体；
(6)将胺扩链剂配制成质量分数5-40％的水溶液加入到步骤(5)得到的PU分散体中，胺扩链剂与步骤(1)中聚醚二元醇的质量比为(1-4.0)：(25-80)，搅拌10-45min；
(7)升温至40-65℃，减压蒸馏去除溶剂，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂分散体。所述抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂分散体固含量为15-50wt％，优选25-40wt％；pH值为6-11，优选6.5-9.平均粒径范围为80-450nm，优选100-300nm，更优选120-250nm。
步骤(1)中，所述的为聚环氧丙烷二醇或聚四氢呋喃二醇与聚环氧丙烷二醇的混合物，其中，所述聚环氧丙烷二醇、聚四氢呋喃二醇的分子量为500-3500，优选分子量为1500-3000。
步骤(1)中，所述官能度≥3的聚醚多元醇包括：聚丙三醇，所述聚丙三醇的分子量为1000-4000，优选分子量为2000-3500，更优选蓝星东大的MN-3050D。
步骤(1)中，所述的侧链烷烃二元醇为：硬脂酸单甘油酯、丙三醇单油酸酯中的一种或两种的混合物，最优选优选硬酯酸单甘油酯；
步骤(1)中，所述多异氰酸酯包括：甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种的混合物，优选甲苯二异氰酸酯，最优选TDI-80
步骤(1)中，聚醚二元醇、官能度≥3的聚醚多元醇、侧链烷烃二元醇和多异氰酸酯的质量比为：25-80：4-10：1.0-5：10-30。
步骤(1)中，所述的催化剂包括：辛酸亚锡，所述催化剂与聚醚二元醇的质量比为0-0.0001：25-80。
步骤(1)和步骤(2)中，所述的溶剂为丙酮、丁酮中的一种或两种的混合物。
步骤(2)中，所述的亲水扩链剂为包含阴离子基团、阳离子基团或非离子基团的扩链剂，所述的阴离子基团扩链剂为羧酸根-COO-的扩链剂，优选二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸，最优选二羟甲基丙酸。
步骤(2)中，所述的多元醇扩链剂为1,4-丁二醇、新戊二醇中的一种。
步骤(4)中，所述的中和剂为三乙胺。
步骤(6)中，所述的胺扩链剂为乙二胺。
上述抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法制备得到的抗吸潮水性聚氨酯分散体。
上述抗吸潮水性聚氨酯分散体在制备抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂中的应用。
一种抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂的制备方法，包括如下步骤：
将抗吸潮水性聚氨酯分散体、润湿剂、流平剂、增稠剂、固化剂、色浆搅拌增稠至粘度8000-15000cp，然后脱泡，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂；
所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体、增稠剂、流平剂、润湿剂、消泡剂、固化剂、色浆的质量比为(93-99.7)：(0.2-2)：(0.05-1)：(0.05-1)：(0-0.2)：(0-3)：(1-5)；
作为优选，所述的润湿剂为Silok 8000；所述的流平剂为Silok 8144、所述的增稠剂为UH-450VF、所述的固化剂为XWB-F115、所述的色浆为KA-920。
本发明所述的增稠剂为包括缔合型增稠剂和碱溶涨型增稠剂，优选聚氨酯缔合型增稠剂，最优选的增稠剂为UH-450VF；
所述的流平剂包括但不限于聚醚硅油、聚酯硅油、聚醚聚酯硅油，优选聚醚硅油型流平剂；最优选的流平剂为Silok 8144；
所述的润湿剂包括但不限于聚醚硅油、聚醚硅氧烷，优选聚醚硅油润湿剂；最优选的润湿剂为Silok 8000；
所述的消泡剂包括但不限于有机硅类消泡剂和非硅类消泡剂，优选非硅类消泡剂。
所述的固化剂为本领域内常用的固化剂，优选聚醚改性异氰酸酯多聚体，最优选的固化剂为XWB-F115。
有益效果：
本发明公开了一种抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，本发明制备得到的抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂具有很好的贴条拉力，同时能够很好的阻隔水汽的透过，同时遇潮气不会发雾，具有明显的抗吸潮功能。
具体实施方式：
根据下列实施例可以更好的理解本发明，然而本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本发明使用原料型号及厂家信息如下：
甲苯二异氰酸酯(TDI-80)：万华化学
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)：万华化学
聚环氧丙烷二醇(PPG2000)：国都化工
聚四氢呋喃二醇(PTMG-2000)：晓星化工
硬脂酸单甘油酯(GMS)：上海阿拉丁
二羟甲基丙酸(DMPA)：帕斯托
1,4-丁二醇(BDO)：上海阿拉丁
乙二胺(EDA)：陶氏化学
三乙胺(TEA)：西陇科学
辛酸铋(8108)：领先
丙酮(AC)：北京燕山石化
去离子水(H2O)：自制
一种抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，具体步骤如下：
(1)将聚醚二元醇、官能度≥3的聚醚多元醇、侧链烷烃二元醇和多异氰酸酯投入反应釜中，搅拌均匀后加入催化剂和溶剂，60-100℃反应1-2h，得到PU预聚物；
(2)将步骤(1)得到的PU预聚物降温至65℃，加入亲水扩链剂、多元醇扩链剂以及溶剂，再升温至60-90℃，继续反应3-6h；
(3)降温加入溶剂稀释；
(4)当温度降至为35℃以下时，加入中和剂，中和10-30min；
(5)在高速搅拌下，将步骤(4)得到的PU预聚物分散在水中，得到PU分散体；
(6)将胺扩链剂配制成质量分数5-40％的水溶液加入到步骤(5)得到的PU分散体中，搅拌10-45min；
(7)升温至40-65℃，减压蒸馏去除溶剂，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂分散体。
本发明中溶剂不参与反应，溶剂的加入量只要能达到反应要求即可。
一、实施例1～3、对比例1～2中各个组分的加入量按下表所示的质量分数添加。
Figure BDA0002525764620000051
Figure BDA0002525764620000061
一种抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂的制备方法，包括如下步骤：
将抗吸潮水性聚氨酯分散体、润湿剂、流平剂、增稠剂、固化剂、色浆搅拌增稠至粘度8000-15000cp，然后脱泡，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂；
所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体、增稠剂、流平剂、润湿剂、消泡剂、固化剂、色浆的质量比为(93-99.7)：(0.2-2)：(0.05-1)：(0.05-1)：(0-0.2)：(0-3)：(1-5)；
实施例4
面层组分 质量 功能/厂家
水性聚氨酯分散体 95
Silok 8000 0.5 润湿剂/斯洛柯
Silok 8144 0.3 流平剂/斯洛柯
UH-450VF 2 增稠剂/艾迪科
XWB-F115 0.3 固化剂/旭川
KA-920 2 色浆/凯时爱
将物料按上述质量添加至配料罐，在搅拌机下搅匀增稠至粘度8000-15000cp，然后脱泡即可使用。采用尖刀刀刮涂至150D半面压光的牛津布上，120℃烘干1-2min,涂层样在50℃烘箱养护24h后测试。
将上述样进行各项物性对比，结果如下：
涂层样 贴条拉力/N 静水压/mmH2O 水渍痕迹 恒温恒湿1周
实施例1 12 2100 1 不发雾
实施例2 13 1600 2 不发雾
实施例3 16 1800 2 不发雾
对比例1 11 1100 5 发雾
对比例2 15 1600 5 发雾
注：水渍痕迹分值1-5分，1分为痕迹最轻，5分为痕迹最明显。
从上表对比样可以看出来，本发明提供的抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂具有很好的贴条拉力，同时能够很好的阻隔水汽的透过，同时遇潮气不会发雾，具有明显的抗吸潮功能。从实施例看出，GMS提供优异的贴条拉力，MN-3050D提供耐水压性能，两者组合还具有好的阻隔水汽的透过，同时遇潮气不会发雾，具有明显的抗吸潮功能。

Claims (10)

1.一种抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
（1）将聚醚二元醇、官能度≥3的聚醚多元醇、侧链烷烃二元醇和多异氰酸酯投入反应釜中，搅拌均匀后加入催化剂和溶剂，60-100℃反应1-2h，得到PU预聚物；
（2）将步骤（1）得到的PU预聚物降温至65℃，加入亲水扩链剂、多元醇扩链剂以及溶剂，所述亲水扩链剂、多元醇扩链剂与步骤（1）中聚醚二元醇的质量比为（2-10）：（0-10）：（25-80），再升温至60-90℃，继续反应3-6h；
（3）降温加入溶剂稀释；
（4）当温度降至为35℃以下时，加入中和剂，中和10-30min；
（5）在高速搅拌下，将步骤（4）得到PU预聚物分散在水中，得到PU分散体；
（6）将胺扩链剂配制成质量分数为5-40%的水溶液加入到步骤（5）得到的PU分散体中，胺扩链剂与步骤（1）中聚醚二元醇的质量比为（1-4.0）：（25-80），搅拌10-45min；
（7）升温至40-65℃，减压蒸馏去除溶剂，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂分散体；
步骤（1）中，所述的聚醚二元醇为聚环氧丙烷二醇或聚四氢呋喃二醇与聚环氧丙烷二醇的混合物，其中，所述聚环氧丙烷二醇、聚四氢呋喃二醇的分子量为500-3500；
步骤（1）中，所述官能度≥3的聚醚多元醇包括：聚丙三醇，所述聚丙三醇的分子量为1000-4000；
步骤（1）中，所述的侧链烷烃二元醇包括：硬脂酸单甘油酯、丙三醇单油酸酯中的一种或两种的混合物；
步骤（1）中，所述多异氰酸酯包括：甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种的混合物；
步骤（1）中，聚醚二元醇、官能度≥3的聚醚多元醇、侧链烷烃二元醇和多异氰酸酯的质量比为（25-80）：（4-10）：（1.0-5）：（10-30）。
2.根据权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述的催化剂包括：辛酸亚锡，所述催化剂与聚醚二元醇的质量比为0.0001：25-80。
3.根据权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：步骤（1）和步骤（2）中， 所述的溶剂为丙酮、丁酮中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述的亲水扩链剂为包含阴离子基团、阳离子基团或非离子基团的扩链剂，所述的阴离子基团扩链剂为羧酸根-COO-的扩链剂。
5.根据权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述的多元醇扩链剂为1,4-丁二醇、新戊二醇中的一种。
6.根据权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：步骤（4）中，所述的中和剂为三乙胺。
7.根据权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征是：步骤（6）中，所述的胺扩链剂为乙二胺。
8.权利要求1所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体的制备方法制备得到的抗吸潮水性聚氨酯分散体。
9.权利要求8所述抗吸潮水性聚氨酯分散体在制备抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征是，包括如下步骤：
将抗吸潮水性聚氨酯分散体、润湿剂、流平剂、增稠剂、固化剂、色浆搅拌增稠至粘度8000-15000cp，然后脱泡，得到抗吸潮水性聚氨酯涂层树脂；
所述的抗吸潮水性聚氨酯分散体、润湿剂、流平剂、增稠剂、固化剂、色浆的质量比为95：0.5：0.3：2：0.3：2。
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