CN1133699C - 水性聚氨酯表面处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子表面处理剂领域，特别涉及水性聚氨酯表面处理剂及其制备方法。将聚酯多元醇单体30-60份、聚醚或低聚物多元醇单体30-60份或它们的混合物30-110份，纳米级无机物1～5份置于容器中，加热、抽真空，滴加异氰酸酯20～50份，加入重量百分比浓度为10-20%含有亲水性扩链剂5～10份的丙酮溶液和10-20%含有三乙胺1～10份的丙酮溶液进行反应，搅拌，加入蒸馏水，搅拌，抽真空除去丙酮，得水性聚氨酯表面处理剂。该处理剂能赋予材料表面具有屏蔽紫外线和抗菌、防霉等功效。

Description

水性聚氨酯表面处理剂及其制备方法

本发明属于高分子表面处理剂领域，特别涉及到聚氨酯增强无机材料之间，以及无机材料与有机材料之间的水性聚氨酯表面处理剂及其制备方法。

玻璃纤维，矿棉等无机材料纤维因其价格低廉，具有优良的耐候性而广泛地用来制做吸声、防潮、隔热和减震板墙。但是玻璃纤维、矿棉等无机材料纤维脆性大、强度低，仅靠纤维之间的相互交错、缠绕作用，整体强度也难提高，在室外使用受环境影响，其整体强度更低。尤其在雨季和高湿热空气中易吸附酶菌而发霉、易吸收大量水分而脱落，从而失去了这些板墙的吸声、防潮、隔热和减震效果。由于玻璃纤维，矿棉等无机材料纤维本身的这些缺陷，使其在实际应用中的许多方面受到了限制。

本发明的目的在于提供一种涂覆在玻璃纤维、矿棉等无机材料纤维、塑料或金属墙板上，使玻璃纤维、矿棉等无机材料纤维与塑料或金属墙板之间具有粘接性强，柔性适中，疏水和耐候性好的水性聚氨酯表面处理剂，用以克服玻璃纤维和矿棉等无机材料纤维脆性大，强度低，使用效果差，寿命短的缺点。

本发明的再一目的是提供一种水性聚氨酯表面处理剂的制备方法。

本发明的表面处理剂是以水为分散剂的聚氨酯乳液，并配以纳米级无机物，其原料的组份和含量如下，以重量份数计：

聚酯多元醇单体                                             30-60或  聚醚多元醇单体或低聚物多元醇单体                           30-60或  上述两者的混合物                                           30-110

异氰酸酯                                                   20-50

亲水性扩链剂                                               5-10

纳米级无机物                                               1-5

三乙胺                                                     1-10

蒸馏水                                                    300-400。

本发明所述的聚酯多元醇单体是：由二元羧酸与二元醇脱水缩聚而成的聚酯多元醇、聚-ε-己内酯二醇、聚碳酸己二醇酯二醇或它们的混合物等。

所述的二元羧酸包括己二酸，壬二酸，癸二酸，丁二酸，顺丁烯二酸，对苯二甲酸等；二元醇包括乙二醇，1，2-丙二醇，1，4-丁二醇，1，6-己二醇，乙缩乙二醇，一缩二丙二醇，甲基丙二醇，双酚A等。

所述的聚醚多元醇单体或低聚物多元醇单体是：聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚丁二烯二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇、聚丁二烯-丙烯腈共聚二醇或它们的混合物等。

所述的异氰酸酯是：甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯等。

所述的亲水性扩链剂是：二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基半酯、二氨基戊酸或二氨基苯甲酸等。

所述的纳米级无机物是：二氧化锌、二氧化钛、水滑石或蒙脱土等。

本发明的水性聚氨酯表面处理剂的制备方法如下，以重量份数计：

将聚酯多元醇单体30-60份、聚醚多元醇单体或低聚物多元醇单体30-60份或上述两者的混合物30-110份，纳米级无机物1～5份置于容器中，加热80-90℃抽真空30-60分钟左右，在50-60℃滴加异氰酸酯20～50份，滴毕在80～95℃搅拌反应2-3小时左右。降温至40-65℃时，加入重量百分比浓度为10-20％含有亲水性扩链剂5～10份的丙酮溶液进行扩链反应。在此温度下反应2-2.5小时左右，降温至40-50℃，加入重量百分比浓度为10-20％含有三乙胺1～10份的丙酮溶液进行中和反应，搅拌中和30-60分钟左右，在激烈搅拌下缓慢加入蒸馏水300～400份，随着蒸馏水的加入，反应液由淡黄色半透明逐渐变成白色乳液。搅拌1小时左右，抽真空除去丙酮，得到pH＝7-7.5的水性聚氨酯表面处理剂。

本发明所提供的聚氨酯不仅耐水性好，而且化学活性高，用于玻璃纤维、矿棉、木材、织物、皮革等多孔材料表面，实现了理想的均匀分散和界面粘接，从而达到材料制品整体力学性能的提高。

本发明所提供的聚氨酯具有优良的柔韧性，用它处理过的玻璃纤维、矿棉等无机材料纤维经催干后表面形成柔韧性非常好的薄膜，这层薄膜由于柔韧性适中，不但不影响原材料吸声效果，而且还可提高玻璃纤维、矿棉等无机材料纤维的防潮、隔热、减震效果。

本发明在制备聚氨酯预聚体时掺入纳米级无机氧化物，目的是利用纳米级无机物的表面效应，使这种表面处理剂具有屏蔽紫外线和抗菌、防霉的功效，这种功能可以有效地延长玻璃纤维，矿棉等无机材料纤维做为吸声，防潮、减震墙板的使用寿命。

本发明遵循环保法规，在制备聚氨酯预聚体时加入亲水性扩链剂，以制得水性聚氨酯表面处理剂；又因以水为分散剂，没有有机溶剂，所以具有不燃，无臭味，VOC值为零，无环境污染操作安全方便等优点。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1.

将聚氧化丙烯二醇55g，聚丁二烯-丙烯腈共聚二醇45g，纳米级二氧化钛5g置于1000ml容器中，加热80-90℃抽真空30分钟后，在50-60℃滴加二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯45.5g，滴毕在80-85℃搅拌反应2小时。降温至65℃时，加入重量百分比浓度为10％含有二羟甲基丁酸7.1g的丙酮溶液进行扩链反应。在此温度下反应2小时后降温至40℃，加入重量百分比浓度为20％含有三乙胺9g的丙酮溶液进行中和反应，搅拌中和30分钟后，在激烈搅拌下缓慢加入蒸馏水370ml，随着蒸馏水的加入，反应液由淡黄色半透明逐渐变成白色乳液。搅拌1小时后，抽真空除去丙酮，得pH＝7-7.5的微黄半透明乳液(PU-01)。

实施例2.

将聚己二酸乙二醇酯二醇60g，聚四氢呋喃二醇40g，纳米级二氧化锌3g置于1000ml容器中，加热80-90℃抽真空50分钟后，在50-60℃滴加甲苯二异氰酸酯32.5g，滴毕在80-85℃搅拌反应2.5小时。待反应液降至60℃时，加入重量百分比浓度为15％含有二羟甲基丙酸5.9g的丙酮溶液进行扩链反应。在此温度下反应2小时后降温至40℃，此时加入重量百分比浓度为10％含有三乙胺4.4g的丙酮溶液进行中和反应，搅拌中和30分钟后，在激烈搅拌下缓慢加入蒸馏水330ml，此时反应液由半透明液逐渐变白，最后成为白色乳液。搅拌1小时后，抽真空除去丙酮，得pH＝7-7.5的微带蓝色的白色乳液(PU-02)。

实施例3.

将聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇30g，聚-ε-己内酯二醇30g，聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇40g，纳米级水滑石4g置于1000ml三口烧瓶中，加热80-90℃抽真空60分钟后，在50-60℃滴加甲苯环己基二异氰酸酯37.6g，滴毕在85-90℃搅拌反应2小时。待反应液降至40℃时，加入重量百分比浓度为20％含有二氨基戊酸7.8g的丙酮溶液进行扩链反应。在此温度下反应2小时后降温至40℃，此时加入重量百分比浓度为20％含有三乙胺5.4g的丙酮溶液进行中和反应，搅拌中和30分钟后，在激烈搅拌下缓慢加入蒸馏水350ml，此时反应液由半透明状逐渐变白。搅拌1小时后，抽真空除去丙酮，得pH＝7-7.5的白色乳液(PU-03)。

PU-01，PU-02，PU-03的性能测试见表1.

PU-01，PU-02，PU-03成膜后的性能测试见表2.表1表面处理剂的性能测试表2表面处理剂成膜后性能测试

Claims (8)

1.一种水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：该处理剂是以水为分散剂的聚氨酯乳液，并配以纳米级无机物，其原料的组份和含量如下，以重量份数计：

聚酯多元醇单体                                             30-60或  聚醚多元醇单体或低聚物多元醇单体                            30-60或  上述两者的混合物                                           30-110

异氰酸酯                                                  20-50

亲水性扩链剂                                              5-10

纳米级无机物                                              1-5

三乙胺                                                    1-10

蒸馏水                                                    300-400

所述的纳米级无机物是二氧化锌、二氧化钛、水滑石或蒙脱土。

2.如权利要求1所述的水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：所述的聚酯多元醇单体是由二元羧酸与二元醇脱水缩聚而成的聚酯多元醇、聚-ε-己内酯二醇、聚碳酸己二醇酯二醇或它们的混合物。

3.如权利要求2所述的水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：所述的二元羧酸包括己二酸，壬二酸，癸二酸，丁二酸，顺丁烯二酸，对苯二甲酸。

4.如权利要求2所述的水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：所述的二元醇包括乙二醇，1，2-丙二醇，1，4-丁二醇，1，6-己二醇，乙缩乙二醇，一缩二丙二醇，甲基丙二醇，双酚A。

5.如权利要求1所述的水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：所述的聚醚多元醇单体或低聚物多元醇单体是：聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚丁二烯二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇、聚丁二烯-丙烯腈共聚二醇或它们的混合物。

6.如权利要求1所述的水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：所述的异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯。

7.如权利要求1所述的水性聚氨酯表面处理剂，其特征在于：所述的亲水性扩链剂是二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基半酯、二氨基戊酸或二氨基苯甲酸。

8.如权利要求1-7所述的水性聚氨酯表面处理剂的制备方法，其特征在于：以重量份数计：

将聚酯多元醇单体30-60份、聚醚多元醇单体或低聚物多元醇单体30-60份或上述两者的混合物30-110份，纳米级无机物1～5份置于容器中，加热80-90℃抽真空，滴加异氰酸酯20～50份，搅拌，降温，加入重量百分比浓度为10-20％含有亲水性扩链剂5～10份的丙酮溶液进行扩链反应；加入重量百分比浓度为10-20％含有三乙胺1～10份的丙酮溶液进行中和反应，搅拌，在激烈搅拌下缓慢加入蒸馏水300～400份，搅拌，抽真空除去丙酮，得到水性聚氨酯表面处理剂；

所述的纳米级无机物是二氧化锌、二氧化钛、水滑石或蒙脱土。