TW201902967A - 以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法 - Google Patents

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Abstract

一種以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法，於製備過程中不需添加任何一滴有機溶劑熔解原料及降低預聚體的黏度，即可順利製得無溶劑型水性聚氨酯分散液(polyurethane dispersion,PUD)，達到揮發性有機化合物(volatile organic compounds,VOCs)零排放量之目標，且減少投資設備成本及減少能源消耗量，並可有效地增加產能。

Description

以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法
一種製作水性聚氨酯分散液之方法，尤指一種以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法，於製程中不需添加任何一滴有機溶劑熔解原料及降低製程中之預聚體的黏度，即可順利製得水性聚氨酯分散液成品。
近年來氣候變遷日趨嚴重，主要原因為大氣中的揮發性有機化合物(volatile organic compounds,VOCs)含量升高，導致溫室效應及全球暖化等問題日漸嚴重，在傳統水性聚氨酯分散液(polyurethane dispersion,PUD)的丙酮法製程中會有兩個因素需加入有機溶劑，第一個因素為傳統型PUD配方中陰離子基通常採用羧酸型的2,2-二羥甲基丙酸(dimethylolpropionic acid,DMPA)作為二醇類親水基單體，而DMPA熔點需於180℃才可以熔解，因此使用時需加入溶劑來幫助熔解達到反應系統均勻化，以利後續反應順利進行；第二個因素為一般傳統水性聚氨酯分散液(polyurethane dispersion,PUD)製程中在預聚體步驟常常會因為系統黏度過高，需加入大量的有機溶劑降黏，以利反應及後續分散反應順利進行。
目前市面上販售低溶劑或無溶劑型水性聚氨酯分散液(polyurethane dispersion,PUD)皆是採用減壓蒸餾方式去除PUD成品中之
低，比起其他種類的二異氰酸酯，其合成過程之預聚體黏度相對較低，且具苯環結構可以120℃之高溫反應降低系統黏度，以維持反應之進行，因此可嘗試在完全不使用溶劑下製作PUD。依實驗結果證實：本「無溶劑型水性聚氨基甲酸酯之研究」碩士論文實驗中所用之製程為一可製備無溶劑型PUD之製程；然而，上述無溶劑型水性聚氨基甲酸酯之研究之碩士論文合成技術說明，係存在著於高溫下(120-130℃)進行聚合反應，反應進行時，會有大量的熱能釋放，易造成反應製程溫度失控，導致反應性難以控制凝膠化。
是以，針對上述所存在的問題點，如何開發一種更具理想實用性之創新結構，實為消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。
針對習用缺陷，本發明提供一種以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法，包括：(a)聚二元醇在真空環境下進行除水乾燥；(b)將除水乾燥後的聚二元醇與2,2-二羥甲基丁酸，在溫度為90℃下置入反應槽內以100rpm的轉速進行混合，直至上述反應物呈清澈透明狀態之混合物；(c)添加含有異氰酸酯(isocyanate,-NCO)官能基之二異氰酸酯至混合物，在溫度為70-90℃下以50~100rpm轉速進行聚合反應5~10分鐘後，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)接著將-NCO官能基封尾的第一預聚體降溫至65℃以
當量值係以二正丁胺逆滴定法進行測定含有-NCO末端基之預聚體當量值。
其中步驟(a)係於真空環境120℃下，除水乾燥2小時。
其中步驟(b)聚二元醇與2,2-二羥甲基丁酸置入反應槽混合時間為1小時。
其中聚二元醇係為分子量500~2,000克/莫耳之含碳酸酯基官能基結構之聚碳酸酯型二元醇、含醚基官能基結構之聚醚型二元醇，或含酯基官能基結構之聚酯型二元醇的其中至少一種或上述任意組合之混合物。
其中二異氰酸酯係為間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯(m-tetramethylxylylene diisocyanate,m-TMXDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)、間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯(4,4'-Methylene dicyclohexyl diisocyanate,H12MDI)、六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)、1,4-二異氰酸酯基環己烷(1,4-cyclohexane diisocyanate,CHDI)、間苯二甲基二異氰酸酯(xylene diisocyanate,XDI)、氫化苯二亞甲基二異氰酸酯(hydrogenated xylylene diisocyanate,H6XDI)、2,2,4/2,4,4-三甲基-1,6-六亞甲基二異氰酸酯混合物；50%/50%(2,2,4/2,4,4-trimethyl-1,6-diisocyanatohexane；50%/50%,TMHDI)、2,5/2,6-二(異氰酸酯甲基)二環[2.2.1]庚烷(2,5/2,6-bis(isocyanatomethyl)bicycle[2.2.1]heptane,NBDI)、甲基環己基二異氰酸酯(methyl cyclohexamethylene diisocyanate,HTDI)、賴氨酸二異氰酸酯(L-lysine diisocyanate,LDI)、八亞甲基二異氰酸酯(1,8-octamethylene diisocyanate)、
且可有效地增加產能，不會造成有機溶劑的釋放造成環境汙染，達到有害化學品零排放組織聯盟(zero discharge of hazardous chemicals,ZDHC)要求之有害物質零排放量之環保規格。
再者，本案選用同為羧酸型的2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)，DMBA與DMPA化學結構相似，DMBA與DMPA相比在主鏈上多了一個甲撐基的結構，其熔點卻可由DMPA之178-180℃大幅降低至DMBA之108-115℃，且最大的特色在於DMBA其熔解性較佳可在聚二元醇中於70-80℃即完全熔解，有別於DMPA在聚二元醇中須達熔點180℃才可完全熔解，因此在預聚合階段不須添加任何溶劑即可有效地製得均質且黏度可操作之預聚體。
有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉較佳實施例詳細說明於後，相信本發明上述之目的及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。
第1圖係為本發明之方塊流程示意圖
參閱第1圖，本發明係提供一種以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法，包括：(a)聚二元醇在真空環境下進行除水乾燥；(b)將除水乾燥後的聚二元醇與2,2-二羥甲基丁酸，在溫度為90℃下置入反應槽內以100rpm的轉速進行混合，直至上述反應物呈清澈
氨酯分散液：
實施例1：以聚碳酸酯二元醇PCD 2000為聚二元醇基材之PUD
(a)將90-110克(0.045莫耳-0.055莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚碳酸酯二元醇(polyhexamethylene carbonate,PCD 2000)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與7.0克-8.0克(0.047莫耳-0.054莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)及15.0克-17.0克(0.067莫耳-0.076莫耳)的異佛爾酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)4.0克-5.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之7.0克-8.0克(0.031莫耳-0.036莫耳)的
TEA)4.0克-5.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之7.0克-8.0克(0.031莫耳-0.036莫耳)的IPDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入196.5-237.0克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加1.0-2.0克(0.017莫耳-0.033莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱HIT2。
實施例3：以聚己二酸丁二醇酯二元醇PBA 2000為聚二元醇基材之PUD
(a)將90-110克(0.045莫耳-0.055莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚己二酸丁二醇酯二元醇(polybutylene adipate,PBA 2000)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與7.0克-8.0克(0.047莫耳-0.054莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)及15.0克-17.0克
莫耳-0.054莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)及15.0克-17.0克(0.067莫耳-0.076莫耳)的異佛爾酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)4.0克-5.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之7.0克-8.0克(0.031莫耳-0.036莫耳)的IPDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入196.5-237.0克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加1.0-2.0克(0.017莫耳-0.033莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱HIH2。
本發明之改良合成製程，可成功的製備以不同聚二元醇種
甲基苯二異氰酸酯(m-TMXDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)5.0克-6.0克(0.049莫耳-0.059莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之8.0-10.0克(0.033-0.035莫耳)的m-TMXDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入207.0-249.0克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加2.0-3.0克(0.033莫耳-0.050莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱TB2。
實施例6：以異佛爾酮二異氰酸酯IPDI為二異氰酸酯基材之PUD
(a)將90-110克(0.045莫耳-0.055莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚己二酸丁二醇酯二元醇(polybutylene adipate,PBA 2000)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與7.0克-8.0克(0.047莫耳-0.054莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic
2000)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與7.0克-8.0克(0.047莫耳-0.054莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加28.0-32.0克(0.107-0.122莫耳)的二環己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)5.0克-6.0克(0.049莫耳-0.059莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之7.0-8.0克(0.047-0.054莫耳)的H12MDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入207.0-249.0克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加1.0-2.0克(0.016莫耳-0.033莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱H12B2。
實施例8：以HDI-IPDI混合物為二異氰酸酯基材之
(0.017莫耳-0.033莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱HIB2。此實施例8與實施例3之成品HIB2為完全相同之範例。
本發明改良合成製程可成功的製備以不同二異氰酸酯種類合成之無溶劑型固含量40wt.%的PUD成品具備優異的機械性質。
實施例9~12為不同鏈延伸劑種類合成之無溶劑型水性聚氨酯分散液：
實施例9：以乙二胺EDA為鏈延伸劑基材之PUD
(a)將70-90克(0.035莫耳-0.045莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚四亞甲基醚二元醇(polytetramethylene ether glycol,PTMEG)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與5.0克-78.0克(0.034
克/莫耳的聚四亞甲基醚二元醇(polytetramethylene ether glycol,PTMEG)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與5.0克-7.0克(0.034莫耳-0.047莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六甲撐二異氰酸酯(HDI)及9.0克-11.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)3.0克-5.0克(0.030莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之12.0克-14.0克(0.054莫耳-0.063莫耳)的IPDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入160.5-204.8克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加1.0-1.5克(0.031莫耳-0.047莫耳)的聯胺(hydrazine,HH)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型
(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加3.0-3.5克(0.033莫耳-0.039莫耳)的碳醯肼(carbonic dihydrazide,CDH)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱HIT2C。
實施例12：以己二酸二醯肼ADH為鏈延伸劑基材之PUD
(a)將70-90克(0.035莫耳-0.045莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚四亞甲基醚二元醇(polytetramethylene ether glycol,PTMEG)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與5.0克-7.0克(0.034莫耳-0.047莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六甲撐二異氰酸酯(HDI)及9.0克-11.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)3.0克-5.0克(0.030莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體
(a)將70-90克(0.035莫耳-0.045莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚四亞甲基醚二元醇(polytetramethylene ether glycol,PTMEG)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與5.0克-7.0克(0.034莫耳-0.047莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六甲撐二異氰酸酯(HDI)及9.0克-11.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)3.0克-5.0克(0.030莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之12.0克-14.0克(0.054莫耳-0.063莫耳)的IPDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入162.0-206.3克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加2.0-2.5克(0.033莫耳-0.042莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均
體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加2.0-2.5克(0.033莫耳-0.042莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為500rpm進行擴鏈反應1-3小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱HI500r。
實施例15：以1,000rpm為鏈延伸劑擴鏈速率之PUD
(a)將70-90克(0.035莫耳-0.045莫耳)的分子量2,000克/莫耳的聚四亞甲基醚二元醇(polytetramethylene ether glycol,PTMEG)在120℃真空環境下，除水乾燥約2小時；(b)之後將除水乾燥後之聚二元醇與5.0克-7.0克(0.034莫耳-0.047莫耳)的陰離子劑2,2-二羥甲基丁酸(2,2-dimethylol butanoic acid,DMBA)入料於四口反應槽於90℃、轉速100rpm下混合一個小時，確認DMBA熔解於聚二元醇當中呈清澈透明的狀態；(c)接著添加7.0-8.0克(0.042莫耳-0.048莫耳)的六甲撐二異氰酸酯(HDI)及9.0克-11.0克(0.040莫耳-0.049莫耳)的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)與聚二元醇及陰離子劑於90℃、轉速50-100rpm下進行反應生成異氰酸酯封尾之胺基甲酸酯基團結構的預聚體反應5-10分鐘，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)降溫至65℃後將胺類中和劑三乙胺(triethylamine,TEA)3.0克-5.0克(0.030莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體
TEA)3.0克-5.0克(0.030莫耳-0.049莫耳)添加入系統中進行中和及催化作用，生成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)再以二正丁胺逆滴定法進行測定-NCO末端基預聚體當量值，直至預聚體當量值控制在4,500g/eq.mol±5%(NCO%=0.93±5%)，之後再添加剩餘劑量之12.0克-14.0克(0.054莫耳-0.063莫耳)的IPDI進行攪拌10-15分鐘，之後加入162.0-206.3克去離子水添加進預聚體裡進行分散1小時後，形成預聚體分散液；(f)最後將預聚體分散液移至均質機，添加2.0-2.5克(0.033莫耳-0.042莫耳)的乙二胺(ethylene diamine,EDA)鏈延伸劑，均質機轉速為2,000rpm進行擴鏈反應1-2小時，製得固含量達40.0wt.%之無溶劑型PUD，此PUD成品簡稱HI2000r。
本發明改良合成製程可成功的製備以不同擴鏈均質速率合成之無溶劑型固含量40wt.%的PUD成品具備優異的機械性質。

Claims (3)

  1. 一種以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法，包括：(a)聚二元醇在真空環境下進行除水乾燥；(b)將除水乾燥後的聚二元醇與2,2-二羥甲基丁酸，在溫度為90℃下置入反應槽內以100rpm的轉速進行混合，直至上述反應物呈清澈透明狀態之混合物；(c)添加含有-NCO官能基之二異氰酸酯至混合物中，在溫度為70-90℃下以50~100rpm轉速進行聚合反應5~10分鐘後，生成-NCO官能基封尾的第一預聚體；(d)接著將-NCO官能基封尾的第一預聚體降溫至65℃以下後，添加中和劑至-NCO官能基封尾的第一預聚體中進行中和及催化作用形成-NCO官能基封尾的第二預聚體；(e)將步驟(c)含有-NCO官能基之二異氰酸酯未添加完之剩餘劑量添加至-NCO官能基封尾的第二預聚體中進行攪拌，接著加入去離子水形成預聚體分散液；(f)添加鏈延伸劑至預聚體分散液，並放入均質機中以200~2,000rpm轉速進行擴鏈反應1~3小時，得到固含量達40.0wt%之無溶劑型之水性聚氨酯分散液。 其中，所述聚二元醇與2,2-二羥甲基丁酸的莫耳比為0.60~9.17，莫耳數比例為36.9%：63.1%~90.2%：9.8%；含有-NCO官能基之二異氰酸酯與混合物之莫耳比為1.20~2.00，莫耳數比例為54.5%：45.5%~66.7%：33.3%；-NCO官能基封尾的第一預聚體與中和劑之莫耳比為
  2. 法，其中二異氰酸酯係為間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯(m-tetramethylxylylene diisocyanate,m-TMXDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)、間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯(4,4'-Methylene dicyclohexyl diisocyanate,H12MDI)、六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)、1,4-二異氰酸酯基環己烷(1,4-cyclohexane diisocyanate,CHDI)、間苯二甲基二異氰酸酯(xylene diisocyanate,XDI)、氫化苯二亞甲基二異氰酸酯(hydrogenated xylylene diisocyanate,H6XDI)、2,2,4/2,4,4-三甲基-1,6-六亞甲基二異氰酸酯混合物；50%/50%(2,2,4/2,4,4-trimethyl-1,6-diisocyanatohexane；50%/50%,TMHDI)、2,5/2,6-二(異氰酸酯甲基)二環[2.2.1]庚烷(2,5/2,6-bis(isocyanatomethyl)bicycle[2.2.1]heptane,NBDI)、甲基環己基二異氰酸酯(methyl cyclohexamethylene diisocyanate,HTDI)、賴氨酸二異氰酸酯(L-lysine diisocyanate,LDI)、八亞甲基二異氰酸酯(1,8-octamethylene diisocyanate)、十亞甲基二異氰酸酯(1,10-decamethylene diisocyanate)、1,12-12C二異氰酸酯(1,12-dodecamethylene diisocyanate)或2-甲基戊烷二異氰酸酯(2-methylpentane-1,5-diyl diisocyanate,MPDI)的其中至少一種或上述任意組合之混合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之以無溶劑製程製作水性聚氨酯分散液之方法，其中胺類中和劑為三乙胺(triethylamine,TEA)、三丙胺(tripropylamine,TPA)；金屬氫氧化物中和劑為氫氧化鋰(lithium hydroxide,LiOH)、氫氧化鈉(sodium hydroxide,NaOH)、氫氧化鉀(potassium hydroxide,KOH)的其中至少一種或上述任意組合之混合物。
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