CN115403735B - 一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其制备方法，属于水性聚氨酯乳液聚合技术领域，将聚酯多元醇进行脱水后，加入异氰酸酯、磺酸型亲水扩链剂与催化剂，进行扩链反应，然后加入乳化剂，进行乳化反应，再加入溶剂降低粘度后，加入成盐剂，进行成盐反应后加入水进行乳化，乳化完成后加入胺类扩链剂进行后扩链反应，去除溶剂，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液。本发明所得高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液固含量可达50％以上，且制备过程中磺酸盐用量少，储存稳定性好，具有优异的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及水性聚氨酯乳液聚合技术领域，尤其涉及一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其制备方法。
背景技术
聚氨酯作为一种新型的高分子材料，具有光泽度高、柔韧性好、耐化学腐蚀性强等优异的物理和化学性能，使得其用途越来越广。然而，溶剂型聚氨酯在生产和使用过程中需要消耗大量有机溶剂，对环境污染严重，不符合绿色发展理念。水性聚氨酯(WPU)以水代替有机溶剂作为分散介质，作为一种环境友好型聚合物得到了显著的发展。
水性聚氨酯与溶剂型聚氨酯相比，蒸发过程中，水的蒸发潜热远高于低沸点的有机溶剂，其能耗比溶剂型聚氨酯高，且干燥时间长，这些缺陷限制了水性聚氨酯的进一步发展。高固含量水性聚氨酯含水量低，因此干燥成膜时间有所缩短，具有高的生产效率和低的储存运输成本。目前，国内的水性聚氨酯固含量普遍在25％～40％之间，相对较低。因此迫切需要开发一种新型高固含量水性聚氨酯，来满足生产需求。
现阶段的技术主要是针对外加交联剂或无机填料来制备得到高固含量水性聚氨酯，但是交联剂和无机填料的加入会很大程度的影响水性聚氨酯的乳液性能和成膜性能。因此对于开发一种用量较少、方便控制的高固含量水性聚氨酯乳液极为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其制备方法，该乳液固体成分含量高、稳定性好、合成过程中方便控制以及低VOC含量等特点，在生产和施工过程中可以有效的控制合成过程。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
按重量份数计，称取聚酯多元醇28.11-39份，异氰酸酯15.26-19.09份，磺酸型亲水扩链剂1.35-3份，催化剂为0.02份，乳化剂2.7-3.8份，成盐剂1-2.5份，水45.10-53.38份，小分子扩链剂2.12-3.33份以及胺类扩链剂1.23-2.75份；
将聚酯多元醇进行脱水后，加入异氰酸酯、磺酸型亲水扩链剂与催化剂，进行聚合扩链反应，然后加入乳化剂和小分子扩链剂，进行乳化扩链反应后，降低粘度后，加入成盐剂，进行成盐反应后加入水进行乳化，乳化后加入胺类扩链剂进行后扩链反应，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液。
进一步的，聚酯多元醇为聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯中的一种或两种。
进一步的，聚己二酸己二醇酯的平均分子量为2000g/mol，聚己二酸新戊二醇酯的平均分子量为2000g/mol；
聚酯多元醇为聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯的混合物时，聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯的质量比为1：1。
进一步的，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；
成盐剂为胺类成盐剂。
进一步的，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯的混合物时，异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯的质量比为89：11；
异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，异佛尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为87：13；
异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯质量比为85：15；
异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为79:10:11；
成盐剂为三乙胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
进一步的，乳化剂为二羟甲基丙酸；
小分子扩链剂为1，4-丁二醇、己二醇、丙二醇与新戊二醇中的一种或多种；
磺酸型亲水扩链剂为小分子磺酸二醇与N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠中的一种或两种；
胺类扩链剂为异佛尔酮二胺和乙二胺中的一种；
催化剂为二月硅酸二丁基锡。
进一步的，成盐剂与乳化剂的物质的量比为1：1。
进一步的，脱水的温度为110-130℃，时间为2-3h；
聚合扩链反应的温度为75-95℃，时间为2-3h；
乳化扩链反应的温度为75-95℃下，时间为2-3h。
进一步的，溶剂为丙酮；
成盐反应的温度为20-40℃，时间为0.5-1h；
后扩链反应的温度为20-40℃，时间为1-3h。
一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液，按重量份数计，采用如下原料制得：
聚酯多元醇28.11-39份，异氰酸酯15.26-19.09份，磺酸型亲水扩链剂1.35-3份，催化剂为0.02份，乳化剂2.7-3.8份，成盐剂1-2.5份，水45.10-53.38份，小分子扩链剂2.12-3.33份以及胺类扩链剂1.23-2.75份。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明采用磺酸型亲水扩链剂作为扩链剂，将磺酸基团引入聚氨酯链段，从而制备出高固含量的磺酸型水性聚氨酯。由于磺酸基团电离能力很强，具有较高的亲水性，乳化过程所需水含量较少，相反转较为容易，因此磺酸型水性聚氨酯具有较高的固含量。同时磺酸基团高离子化强度增强了乳胶粒子“双电层”的Zeta电位，使乳胶粒子不容易发生凝聚，具有较好的稳定性。因此，少量磺酸基团的引入便能得到高固含量的水性聚氨酯乳液。通过控制小分子磺酸二元醇扩链剂的含量，使得磺酸型水性聚氨酯胶膜在保持较高模量的同时拥有较好的断裂伸长率，具备更好的应用前景。
进一步的，本发明采用小分子磺酸扩链剂引入了磺酸基团，使聚氨酯硬段有着更强的库仑力和氢键作用，促进了软硬段的微相分离，使得磺酸型聚氨酯胶膜的模量、硬度均有所提升。
进一步的，当磺酸型亲水扩链剂的质量分数为1.35％-3％时，磺酸型聚氨酯胶膜具有优异的力学性能，在未添加交联剂的情况下，磺酸型聚氨酯胶膜在拉伸强度高达33.39MPa～56.93MPa的同时，其断裂伸长率可达640％～1388％，可以拓宽水性聚氨酯乳液的应用范围。
附图说明
图1为实施例1的红外光谱图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，当然，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液，由以下重量份的原料制备而成：聚酯多元醇28.11-39份，异氰酸酯15.26-19.09份，磺酸型亲水扩链剂1.35-3份，催化剂为0.02份，乳化剂2.7-3.8份，成盐剂1-2.5份，水45.10-53.38份，小分子扩链剂2.12-3.33份以及胺类扩链剂1.23-2.75份。
优选地，所述聚酯多元醇为聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯中的一种或两种的组合。
优选地，聚己二酸己二醇酯的平均分子量为2000g/mol，聚己二酸新戊二醇酯的平均分子量为2000g/mol。
优选地，所述聚酯多元醇组合使用时，聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯的质量比为1：1。
优选地，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种的组合。
优选地，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯组合使用时，异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯质量比为89：11。
优选地，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯组合使用时，异佛尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯质量比为87：13。
优选地，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，质量比为85：15。
优选地，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，质量比为79:10:11。
优选地，所述乳化剂为二羟甲基丙酸
优选地，所述小分子扩链剂为1，4-丁二醇、己二醇、丙二醇以及新戊二醇中的一种或多种的组合。
优选地，所述磺酸型亲水扩链剂为小分子磺酸二醇与N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠中的一种或多种的组合。其中，小分子磺酸二醇选用北京佰源化工有限公司的牌号为BY3306的产品，小分子磺酸二醇BY3306的平均分子量为415-510g/mol，羟值为220-270mgKOH/g。
优选地，所述成盐剂为胺类成盐剂，包括三乙胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
优选地，所述成盐剂与乳化剂的物质的量比为1：1。
优选地，所述胺类扩链剂为异佛尔酮二胺和乙二胺中的一种。
优选地，所述催化剂为二月硅酸二丁基锡。
本发明还提供了一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照上述重量份数的配比，称取聚酯多元醇，混合均匀后加热至110-130℃，真空条件下脱水2-3h。
步骤二：降温至55-75℃，加入异氰酸酯、磺酸型亲水扩链剂与催化剂，控制温度在75-95℃，搅拌下进行聚合扩链反应2-3h。
步骤三：加入乳化剂及小分子扩链剂，控制反应温度为75-95℃，进行乳化扩链反应2-3h；
步骤四：降低温度至20-40℃，加入丙酮降低粘度后，加入成盐剂，搅拌下进行成盐反应0.5-1h。
步骤五：控制温度在20-40℃，在高速搅拌条件下加入去离子水进行乳化，乳化完成后加入胺类扩链剂，进行后扩链反应1-3h；
步骤六：控制温度在40-55℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液。
下面为具体实施例。
实施例1
称取聚己二酸己二醇酯17.86g和聚己二酸新戊二醇酯17.86g，混合均匀后加热至120℃，在真空条件下脱水2.5h。降温至70℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯14.3g，六亚甲基二异氰酸酯1.79g，二环己基甲烷二异氰酸酯2.10g和N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠2.8g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在90℃，搅拌反应2h。称取二羟甲基丙酸3.35g和新戊二醇1.36g加入反应器中，控制反应温度在90℃，搅拌反应2h。降低温度至40℃，加入3mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.53g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在40℃，在高速搅拌下加入去离子水53.38g，进行乳化分散。乳化完成后，称取2.58g异佛尔酮二胺缓慢滴加至上述得到的乳液中继续搅拌1h。最后，控制温度在50℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到磺酸型水性聚氨酯。
实施例2
称取聚己二酸己二醇酯17.52g和聚己二酸新戊二醇酯17.52g，加入反应器中加热至110℃，在真空条件下脱水3h。降温至55℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯12g，六亚甲基二异氰酸酯1.5g，二环己基甲烷二异氰酸酯1.76g和小分子磺酸二醇1.74g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸2.81g和丙二醇0.83g、1，4-丁二醇0.5g加入反应器中，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。降低温度至35℃，加入2mL丙酮降粘后，称取二乙醇胺2.20g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在35℃，在高速搅拌下加去离子水50.42g，进行乳化分散。乳化完全后，称取1.86g异佛尔酮二胺缓慢滴加至上述得到的乳液中继续搅拌2h。最后，控制温度在45℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到磺酸型水性聚氨酯。
实施例3
称取聚己二酸己二醇酯19.5g和聚己二酸新戊二醇酯19.5g，加入反应器中加热至130℃，在真空条件下脱水2h。降温至75℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯13g，六亚甲基二异氰酸酯1.63g，二环己基甲烷二异氰酸酯1.91g和N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠1.39g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在95℃，搅拌反应2h。称取二羟甲基丙酸3.04g和新戊二醇1.25g加入反应器中，控制反应温度在95℃，搅拌反应2h。降低温度至40℃，加入2mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.29g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在40℃，在高速搅拌下加入去离子水53.21g，进行乳化分散。乳化完成后，称取2.62g异佛尔酮二胺缓慢滴加至上述得到的乳液中继续搅拌1h。最后，控制温度在55℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到磺酸型水性聚氨酯。
实施例4
称取聚己二酸己二醇酯16g和聚己二酸新戊二醇酯16g，加入反应器中加热至120℃，在真空条件下脱水2.5h。降温至55℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯15g，六亚甲基二异氰酸酯1.88g，二环己基甲烷二异氰酸酯2.21g和小分子磺酸二醇1.65g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸3.1g和新戊二醇2.5g加入反应器中，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。降低温度至20℃，加入4mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.34g加入反应，搅拌反应1h。控制温度在20℃，在高速搅拌下加入去离子水45.10g，进行乳化分散。乳化完成后，称取1.23g乙二胺缓慢滴加至上述得到的乳液中继续搅拌3h。最后，控制温度在40℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到磺酸型水性聚氨酯。
实施例5
称取聚己二酸己二醇酯16g和聚己二酸新戊二醇酯16g，加入反应器中加热至120℃，在真空条件下脱水2.5h。降温至70℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯12.8g，六亚甲基二异氰酸酯1.60g，二环己基甲烷二异氰酸酯1.88g和N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠2.74g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在90℃，搅拌反应2h。称取二羟甲基丙酸3.00g和1,4-丁二醇1.05g加入反应器中，控制反应温度在90℃，搅拌反应2h。降低温度至35℃，加入3mL丙酮溶剂降粘后，称取三乙醇胺3.33g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在35℃，在高速搅拌下加入去离子水45.61g，进行乳化分散。乳化完成后，称取2.15g异佛尔酮二胺缓慢滴加至上述得到的乳液中继续搅拌2h。最后，控制温度在50℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到磺酸型水性聚氨酯。
实施例6
称取聚己二酸己二醇酯17.5g和聚己二酸新戊二醇酯17.5g，加入反应器中加热至120℃，在真空条件下脱水2.5h。降温至70℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯14g，六亚甲基二异氰酸酯1.75g，二环己基甲烷二异氰酸酯2.06g和N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠3g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在90℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸3.8g和己二醇1.51g加入反应器中，控制反应温度在90℃，搅拌反应2h。降低温度至35℃，加入4mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.87g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在35℃，在高速搅拌下加入去离子水51.86g，进行乳化分散。乳化完成后，称取1.68g异佛尔酮二胺缓慢滴加至上述得到的乳液中继续搅拌2h。最后，控制温度在50℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到磺酸型水性聚氨酯。
实施例7
称取聚己二酸新戊二醇酯17g和聚己二酸新戊二醇酯17g，加入反应器中加热至110℃，在真空条件下脱水3h。降温至75℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯15.04g，六亚甲基二异氰酸酯1.86g和小分子磺酸二醇1.35g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸3.25g和1，4-丁二醇2g，加入反应器中，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。降低温度至20℃，加入3mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.45g加入反应，搅拌反应0.8h。控制温度在20℃，在高速搅拌下加入去离子水50.18g，进行乳化分散。乳化完成后，缓慢滴加2.11g异佛尔酮二胺，继续搅拌3h。最后，控制温度在50℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯。
实施例8
称取聚己二酸己二醇酯30g，加入反应器中加热至130℃，在真空条件下脱水2h。降温至65℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯13.62g，二环己基甲烷二异氰酸酯2.04g和小分子磺酸二醇2.13g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在80℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸2.7g和丙二醇1g，加入反应器中，控制反应温度在80℃，搅拌反应3h。降低温度至30℃，加入3mL丙酮降粘后，称取二乙醇胺2.12g加入反应，搅拌反应1h。控制温度在40℃，在高速搅拌下加入去离子水46.03g，进行乳化分散。乳化完成后，缓慢滴加2.75g异佛尔酮二胺，继续搅拌1h。最后，控制温度在40℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯。
实施例9
称取聚己二酸新戊二醇酯31.02g，加入反应器中加热至120℃，在真空条件下脱水3h。降温至55℃，称取六亚甲基二异氰酸酯13.31g，二环己基甲烷二异氰酸酯2.35g和N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠2g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在95℃，搅拌反应2h。称取二羟甲基丙酸2.9g、己二醇0.4g、1,4-丁二醇0.4g和1.2g丙二醇，加入反应器中，控制反应温度在95℃，搅拌反应2h。降低温度至35℃，加入2mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.23g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在35℃，在高速搅拌下加入去离子水47.51g，进行乳化分散。乳化完成后，缓慢滴加1.76g乙二胺，继续搅拌1h。最后，控制温度在55℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯。
实施例10
称取聚己二酸新戊二醇酯28.11g，加入反应器中加热至110℃，在真空条件下脱水3h。降温至55℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯17.21g和小分子磺酸二醇2g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸3.25g和1，4-丁二醇2g，加入反应器中，控制反应温度在75℃，搅拌反应3h。降低温度至20℃，加入3mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.45g加入反应，搅拌反应0.8h。控制温度在20℃，在高速搅拌下加入去离子水49.51g，进行乳化分散。乳化完成后，缓慢滴加2.15g异佛尔酮二胺，继续搅拌3h。最后，控制温度在50℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯。
实施例11
称取聚己二酸己二醇酯31.55g，加入反应器中加热至130℃，在真空条件下脱水2h。降温至75℃，称取六亚甲基二异氰酸酯15.8g和小分子磺酸二醇2.47g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在80℃，搅拌反应3h。称取二羟甲基丙酸2.7g和丙二醇1.35g，加入反应器中，控制反应温度在80℃，搅拌反应3h。降低温度至30℃，加入3mL丙酮降粘后，称取二乙醇胺2.12g加入反应，搅拌反应1h。控制温度在40℃，在高速搅拌下加入去离子水47.96g，进行乳化分散。乳化完成后，缓慢滴加1.93g乙二胺，继续搅拌1h。最后，控制温度在40℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯。
实施例12
称取聚己二酸新戊二醇酯30g，加入反应器中加热至120℃，在真空条件下脱水2.5h。降温至65℃，称取异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯总共17.21g(异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯质量比为89：11)和N，N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠1.57g加入反应中，滴加20μL催化剂(0.02g，二月硅酸二丁基锡)，控制反应温度在95℃，搅拌反应2h。称取二羟甲基丙酸2.97g、己二醇0.4g、1,4-丁二醇0.4g和1.2g丙二醇，加入反应器中，控制反应温度在95℃，搅拌反应2h。降低温度至35℃，加入2mL丙酮降粘后，称取三乙胺2.24g加入反应，搅拌反应0.5h。控制温度在35℃，在高速搅拌下加入去离子水45.81g，进行乳化分散。乳化完成后，缓慢滴加2.17g异佛尔酮二胺，继续搅拌1h。最后，控制温度在55℃，旋转蒸发脱除丙酮，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯。
乳液性能测试：
(1)固含量的测定：
根据GB/T2793-1995，取一个干燥的表面皿称重为M0，取少量的WPU放置于表面皿上称量为M1，尽量使其平铺于整个表面皿上。然后放入110℃的真空干燥箱中干燥12h后，取出静置冷却至室温称重为M2。最终计算其固含量：每组实施例样品平行测定3次取平均值。具体结果如下表1所示。
(2)贮存稳定性：根据离心加速沉降理论，乳液在离心机中以3000r/min离心15分钟，若没有沉淀，则可以认为该乳液至少6个月的贮存期。
(3)Zeta电位测试：使用马尔文粒度仪进行水性聚氨酯乳液的Zeta电位测试，测试温度为25℃，扫描100圈，浓度小于0.3mg/ml。若Zeta电位的绝对值大于30，则可认为其稳定性良好。
表1水性聚氨酯乳液的性能测试结果
从表1可以看出，本发明的实施例1-9制备的磺酸型水性聚氨酯乳液的固含量为51.4％-54.7％，而国内水性聚氨酯固含量普遍在25％～40％之间，有较大突破。从贮存稳定性来看，实施例1-9制备的水性聚氨酯乳液离心后均无沉降现象出现，表明贮存稳定性均在6个月以上，同时其Zeta电位的绝对值均大于30mv，表明该乳液具有良好的储存稳定性。
胶膜机械性能测试：
根据GB/T 1040-92标准，制备出标准哑铃形拉伸测试试样：试样总长115mm，夹具间距离80mm，哑铃形中间平行窄条长33mm，标距25mm。哑铃形端部宽25mm，平行窄条部分宽6mm，试样厚度均匀。使用万能材料试验机，在拉伸速度50mm/min、室温下进行。
表2水性聚氨酯胶膜的机械性能测试结果
从表2中可以看出，本发明的实施例1-9制备的磺酸型水性聚氨酯胶膜表现出了优异的机械性能。在胶膜拉伸强度高达33.39MPa～56.93MPa的同时，其断裂伸长率可高达640％～1388％
从图1中可以看出，在3370cm-1处出现了聚氨酯中的-N-H-键的伸缩振动吸收峰，在2250-2280处的N＝C＝O的吸收峰消失，在1730cm-1和1530cm-1处出现了-NH-COO-的特征吸收峰，同时，在1170cm-1和1040cm-1出现了-SO3的特征吸收峰，表明成功反应生成磺酸型水性聚氨酯。
Claims (8)
1.一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按重量份数计，称取聚酯多元醇28.11-39份，异氰酸酯15.26-19.09份，磺酸型亲水扩链剂1.35-3份，催化剂为0.02份，乳化剂2.7-3.8份，成盐剂1-2.5份，水45.10-53.38份，小分子扩链剂2.12-3.33份以及胺类扩链剂1.23-2.75份；
将聚酯多元醇进行脱水后，加入异氰酸酯、磺酸型亲水扩链剂与催化剂，进行聚合扩链反应，然后加入乳化剂和小分子扩链剂，进行乳化扩链反应后，降低粘度后，加入成盐剂，进行成盐反应后加入水进行乳化，乳化后加入胺类扩链剂进行后扩链反应，得到高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液；
小分子扩链剂为1，4-丁二醇、己二醇、丙二醇与新戊二醇中的一种或多种；
磺酸型亲水扩链剂为小分子磺酸二醇与N，N-（2-羟乙基）-2-氨基乙磺酸钠中的一种或两种；
固含量为51.4%-54.7%；
聚酯多元醇为聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯中的一种或两种；
聚己二酸己二醇酯的平均分子量为2000 g/mol，聚己二酸新戊二醇酯的平均分子量为2000 g/mol；
聚酯多元醇为聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯的混合物时，聚己二酸己二醇酯与聚己二酸新戊二醇酯的质量比为1：1。
2.根据权利要求1所述的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；
成盐剂为胺类成盐剂。
3.根据权利要求2所述的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯的混合物时，异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯的质量比为89：11；
异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，异佛尔酮二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为87：13；
异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯质量比为85：15；
异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物时，异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯与二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为79:10:11；
成盐剂为三乙胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，乳化剂为二羟甲基丙酸；
胺类扩链剂为异佛尔酮二胺和乙二胺中的一种；
催化剂为二月桂酸二丁基锡。
5.根据权利要求1所述的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，成盐剂与乳化剂的物质的量比为1：1。
6.根据权利要求1所述的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，脱水的温度为110-130℃，时间为2-3h；
聚合扩链反应的温度为75-95℃，时间为2-3h；
乳化扩链反应的温度为75-95℃下，时间为2-3h。
7.根据权利要求1所述的一种高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，溶剂为丙酮；
成盐反应的温度为20-40℃，时间为0.5-1h；
后扩链反应的温度为20-40℃，时间为1-3h。
8.一种根据权利要求1所述方法制备的高固含量的磺酸型水性聚氨酯乳液。
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