CN1312188C - 一种水性聚氨酯乳液的制备方法 - Google Patents

一种水性聚氨酯乳液的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明将聚酯元醇和聚醚多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯在月桂酸二丁基锡催化剂存在下，按比例异氰酸酸∶多元醇＝2.7～3.2∶1摩尔比，在75～80℃反应1小时得到预聚体，接着再加入含亲水基团的二羟甲基丙酸和助溶剂N-甲基吡咯烷酮，反应2小时，经三乙胺中和，滴加到水中，并加入胺扩链剂扩链，经消泡、过滤制得一种水性聚氨酯乳液，其固含量为30～35%，pH＝6.5～8.0，粘度10～50MPa·S，拉伸强度15～50MPa，断裂伸长率308～600%。

Description

一种水性聚氨酯乳液的制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种水性聚氨酯乳液的制备方法
二、背景技术
近年来迅速发展起来的水性聚氨酯乳液，它们的涂膜除具有高强度、耐磨等优越性能外，且对环境无污染，属于绿色环保产品。由于水性聚氨酯树脂分子内存在氨基甲酸酯键和脲键，所以水性聚氨酯涂料的粘接强度、韧性、耐磨性、耐化学药品及耐久性等都十分优异，发达国家正进行大力研究。
水性聚氨酯乳液的制备方法报道也很多，这里仅对本发明的相关专利U.S.Pat.5,169,895，December 8，1992.技术特征作叙述。现有技术将聚酯多元醇或聚醚多元醇和含亲水基团的有机化合物二羟甲基丙酸与异氰酸酯在溶剂中在催化剂存在下于80℃反应2小时，冷却到60℃，再和三乙胺、己异氰酸酯缩二脲反应，做成的预聚体再加入到水中在表面活性剂存在下，搅拌几分钟后加入扩链剂水合肼，结果产生PH＝7.62～8.17，粘度305～1170mPa·S，固含量为27～35％的聚氨酯水性分散体，这种水性分散体于40℃在100％相对湿度下湿老化7天后形状和性能没有变化，拉伸强度为7～8Mpa，伸长率50～95％孔尼格(koneig)硬度50～95。
从前面的数据看；现有技术生产的聚氨酯水性分散体属于一种硬性分散体，它的拉伸强度和伸长率都比较低。
三、发明内容
本发明的目的在于制备耐磨、耐折叠、耐低温性能好、光泽度高、和水性丙烯酸树脂相容性佳的水性聚氨酯乳液，具体说来就是要提高现有技术的拉伸强度和伸长度，保证皮革涂饰、包装材料涂层和水性涂料等领域的需要。
本发明将聚酯多元醇和聚醚多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯在月桂酸二丁基锡催化剂存在下，按比例异氰酸酯∶多元醇＝2.7～3.2∶1(摩尔比)，聚酯多元醇与聚醚多元醇的摩尔比为50～30∶50～70；催化剂为预聚体总量的万分之二，于75～80℃反应1小时得到预聚体。继之加入含有亲水基团的化合物二羟甲基丙酸，对应于0.1mol多元醇的量，加入量为0.09mol，同时加入助溶剂N-甲基吡咯烷酮或丙酮(对应于乳液总重量为约3～4％)，于65～70℃反应2小时，以0.1mol多元醇为基础，接着加入0.09mol的三乙胺中和反应，中和好的预聚体加入到300～400g水中乳化分散，加完后维持10分钟。继之加入2.5～3g胺扩链剂扩链，加料时间10～15min，加完后再搅拌30min，经消泡、过滤制得一种水性聚氨酯乳液。
本发明所用的聚酯多元醇是分子量为1000的聚己二酸新戊二醇酯。当然也可用聚己二酸丁二醇酯，但结果没有聚己二酸新戊二醇酯好。
聚醚多元醇是分子量为1000的聚四氢呋喃醚。
扩链剂可从乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中任选一种，其中乙二胺较好。
按照本发明制备的水性聚氨酯乳液固含量为30～35％，PH＝6.5～8.0，粘度10～50mPa·S，拉伸强度15～50Mpa，断裂伸长率为380～600％。
四、具体实施方式
为了更好的实施本发明特举例说明之，但不是对本发明的限制。
实施例1
向装备有温度计、搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的500ml烧瓶内盛入40g聚己二酸新戊二醇酯，60g聚四氢呋喃醚，64g异佛尔酮二异氰酸酯和0.04g月桂酸二丁基锡，于78℃反应1小时得到预聚体。
继之加入12g含有亲水基团的二羟甲基丙酸和15g助溶剂N-甲基吡咯烷酮，于68℃反应2小时。
接着加入9g三乙胺进行中和，将中和好的预聚体溶液加入到340g水中分散，加完后维持10分钟，再加入3g乙二胺扩链，加料时间为13min，加完再搅拌30min，经消泡、过滤制得一种水性聚氨酯乳液，其固含量为33％，PH＝7.4，粘度30mPa·S，拉伸强度40Mpa，断裂伸长率450％。
实施例2
除加入50g聚己二酸新戊二醇酯，50g聚四氢呋喃醚，60g异佛尔酮二异氰酸酯，制备预聚体的反应温度为75℃，加入12g二羟甲基丙酸；20gN-甲基吡咯烷酮，于70℃反应2小时，预聚体溶液加入380g水中，加料时间25min。2.5g乙二胺扩链，加料时间10min外，其他和实例1一样操作，所制得的水性聚氨酯乳液其固含量为30％，PH＝7.3，粘度10mPa·S，拉伸强度15Mpa，断例伸长率600％。
实施例3
除加入30g聚己二酸新戊二醇酯，70g聚四氢呋喃醚，71g异佛尔酮二异氰酸酯，制备预聚体的反应温度为80℃，18gN-甲基吡咯烷酮，于65℃反应2小时，预聚体溶液加入330g水中，加料时间30min。3g二乙烯三胺扩链，在15min内加完外，其他操作和实例1完全一样。结果固含量为35％，PH＝7.5，粘度35mPa·S，拉伸强度50Mpa，断裂伸长率380％。

Claims (4)

1、一种水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于制造过程包括：
a、聚酯多元醇和聚醚多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯在月桂酸二丁基锡催化剂存在下，按比例异氰酸酯∶多元醇＝2.7～3.2∶1摩尔比，聚酯多元醇与聚醚多元醇的摩尔比为50～30∶50～70，催化剂为预聚体总重量的万分之二，于75～80℃反应1小时得到预聚体；
b、以0.1mol多元醇为基础，继之加入含有亲水基团的化合物二羟甲基丙酸0.09mol和占乳液总重量3～4％的助溶剂N-甲基吡咯烷酮，于65～70℃反应2小时；
c、以0.1mol多元醇为基础，加入0.09mol三乙胺中和预聚体，并将此预聚体加入到300～400g水中乳化，在25～30min内加完，加完后再维持10min；
d、继之加入2.5～3g胺扩链剂，加料时间为10～15min，加完后再搅拌30min，经消泡、过滤，制得一种水性聚氨酯乳液。
2、根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于所述的聚酯多元醇是分子量为1000的聚己二酸新戊二醇酯。
3、根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于所述的聚醚多元醇是分子量为1000的聚四氢呋喃醚。
4、根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于所述的胺扩链剂是乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中任选一种。
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