水性聚氨酯乳液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水性聚氨酯乳液，其包含按重量份计的下述组分：多元醇30重量份；二异氰酸酯20‑50重量份；亲水扩链剂1‑20重量份；成盐剂0.5‑10重量份；水80‑150重量份；封端剂0.5‑10重量份；双端环氧化合物0.1‑5重量份；氮丙啶化合物0.1‑5重量份。本发明专利技术还涉及制备所述水性聚氨酯乳液的方法。本发明专利技术的水性聚氨酯乳液成膜后，所得膜硬度高、机械性能优异、耐化学品佳等优点。

Aqueous polyurethane emulsion and preparation method thereof

The invention relates to an aqueous polyurethane emulsion, comprising the group by weight of the polyol: 30 weight parts; 20 to 50 parts by weight of diisocyanate; hydrophilic chain extender 1 20 weight portions; salt forming agent 0.5 10 weight portions of water; 80 150 weight parts; endcapper 0.5 10 weight parts; double end epoxy compound 0.1 5 weight portions; aziridine compound 0.1 5 weight. The invention also relates to a method for preparing the aqueous polyurethane emulsion. After the film-forming of the aqueous polyurethane emulsion, the obtained film has the advantages of high hardness, excellent mechanical performance, good chemical resistance, etc..

【技术实现步骤摘要】
水性聚氨酯乳液及其制备方法
本专利技术涉及聚氨酯领域，更具体而言，涉及一种水性聚氨酯乳液及其制备方法。
技术介绍
随着我国环保法规的日趋完善和人们对于挥发性有机物(VOC)意识的不断深化，环保绿色化工产品的开发及应用逐渐受到人们的重视。水性聚氨酯(WPU)以水为分散介质，作为溶剂型聚氨酯的替代产品广泛应用在涂料、粘合剂、灌浆材料等领域。但是，水性聚氨酯在结构设计中由于引入亲水性基团，使涂层的耐水性、耐溶剂性、耐热性甚至机械性能较差，限制其应用。交联改性是一种提高水性聚氨酯耐水性和机械强度最有效的改性方法。CN106188457A公开了一种内交联型蓖麻油基水性聚氨酯乳液及其制备方法。其中，在水性聚氨酯合成的预聚阶段引入蓖麻油，采用四官能团三羟甲基氨基甲烷为内交联剂，促进WPU硬链段的微相分离，使产品的力学性能更加优异。CN103113532B在丙烯酸改性聚氨酯乳液的基础上，加入亲水性乙烯基单体进行封端，加入双丙酮丙烯酰胺和二酰肼进行交联改性，制得常温自交联水性聚氨酯乳液。CN102190803B用Co-60γ射线对水性聚氨酯乳液进行辐射交联，得到内交联型水性聚氨酯乳液。其中，通过对乳液进行辐射交联，能够有效提高水性聚氨酯的分子量，使获得的水性聚氨酯乳液具有较高的固含量、较佳的机械性能。但是，采用辐射交联法的条件较为苛刻，就目前行业发展而言，实现工业化较为困难。
技术实现思路
针对现有技术，本专利技术旨在解决上述技术中至少一项不足。本专利技术提供一种水性聚氨酯乳液，其包含按重量份计的下述组分：本专利技术还提供一种制备上述水性聚氨酯的方法，包括以下步骤：(a)使多元醇与二异氰酸酯反应，得到聚氨酯化合物；(b)向步骤(a)中得到的聚氨酯化合物中加入亲水扩链剂，得到聚氨酯预聚体；(c)在(b)中得到的聚氨酯预聚体中，加入成盐剂、水，得到水性聚氨酯乳液；(d)向反应体系中加入封端剂，进行封端反应；(e)向反应体系中加入双端环氧化合物；(f)向反应体系中加入氮丙啶化合物，得到最终的水性聚氨酯乳液，其中在各步骤中使用的组分与产品部分所述的组分一致。本专利技术采用双端环氧化合物和氮丙啶化合物双重交联的方式，极大地提高了水性聚氨酯的交联密度，使所得水性聚氨酯具有优异的机械性能。此外，使用本专利技术的水性聚氨酯进行成膜，所得膜具有硬度高、机械性能优异等优点，并且极大地提升了它的耐溶剂性能。具体实施方式在本专利技术中，如无特别说明，则所有操作均在室温、常压条件下实施；组合物各成分的所有份数为重量份数，比例为重量比。本专利技术提供一种水性聚氨酯乳液，其包含按重量份计的下述组分：在本专利技术的一个优选实施方案中，所述多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丁二烯多元醇或其改性化合物中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述聚酯多元醇选自聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯多元醇、聚对苯二甲酸丁二醇酯多元醇、聚对苯二甲酸己二醇酯多元醇、聚己二酸乙二醇酯多元醇的任意一种或至少两种的组合，所述聚醚多元醇选自聚环氧乙烷多元醇、聚环氧丙烷多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇的任意一种或至少两种的组合。所述多元醇优选为二元醇，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯二元醇、聚环氧乙烷二元醇等。在本专利技术中，还可使用所述多元醇的改性化合物，其非限制性的实例如有机硅改性聚酯多元醇、磺酸钠接枝聚醚多元醇等。进一步地，所述多元醇的数均分子量≥600，优选所述多元醇的数均分子量为600-3000，更优选为1000-2000；所述多元醇的羟值为10-200mgKOH/g，更优选为50-100mgKOH/g。在本专利技术的上下文中，数均分子量按照GB/T21863-2008《凝胶渗透色谱法(GPC)用四氢呋喃做淋洗液》采用凝胶渗透色谱(GPC)法测定；羟值按照GB/T12008.3-2009《塑料聚醚多元醇第3部分：羟值的测定》采用酸碱滴定法测定。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、二环已基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)中的任意一种或至少两种的组合，优选异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或1,6‐六亚甲基二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述二异氰酸酯的量可为20至50重量份，优选25至40重量份，更优选30至40重量份。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基半酯中的任意一种或至少两种的组合，优选二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述亲水扩链剂的量可为1至20重量份，优选2至20重量份，更优选2至15重量份。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述组合物中任选包含除上述亲水扩链剂外的小分子扩链剂，所述小分子扩链剂选自乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、一缩二乙二醇、1,4-环己二甲醇或甲基丙二醇中的任意一种或至少两种的组合，优选1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、甲基丙二醇中的任意一种或至少两种的组合。优选地，若存在小分子扩链剂，则所述小分子扩链剂的量可为0.1至15重量份，优选0.5至10重量份，更优选0.5至5重量份。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述成盐剂选自三乙胺、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、三乙醇胺中的任意一种或至少两种的组合，优选三乙胺、氢氧化钾中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述成盐剂的量可为0.5至10重量份，优选1至10重量份，更优选1至5重量份。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述组合物任选包含除水之外的溶剂，所述溶剂选自丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一种或至少两种的组合，优选丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合。优选地，若存在溶剂，则所述溶剂的量可为1至40重量份，优选3至30重量份，更优选5至15重量份。优选地，所述水的量可为80至150重量份，优选90至120重量份，更优选90至100重量份。水优选为去离子水。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述封端剂选自乙二胺、氨水、异佛尔酮二胺、水合肼、二乙烯三胺、三乙烯四胺的任意一种或至少两种的组合，优选乙二胺、异佛尔酮二胺、水合肼、二乙烯三胺的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述封端剂的量可为0.5至10重量份，优选0.5至5重量份，更优选0.5至3重量份。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述双端环氧化合物选自双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)、双酚F二缩水甘油醚(DGEBF)、双酚S二缩水甘油醚(DGEBS)、双酚H缩水甘油醚(氢化双酚A二缩水甘油醚)、邻羟甲基双酚A二缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合。优选双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合。进一步地，所述双端环氧化合物的数均分子量≥400，优选双端环氧化合物数均分子量为400-2500，更优选为400-1500；所述双端环氧化合物的环氧值为0.08-0.5，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性聚氨酯乳液，其包含按重量份计的下述组分：

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯乳液，其包含按重量份计的下述组分：2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其中双端环氧化合物选自双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、双酚S二缩水甘油醚、双酚H缩水甘油醚、邻羟甲基双酚A二缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合，优选双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合；该化合物的量为0.1至5重量份，优选0.3至5重量份，更优选0.5至1重量份。3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯乳液，其中双端环氧化合物的数均分子量≥400，优选为400-2500，更优选为400-1500；其环氧值为0.08-0.5，更优选为0.13-0.5。4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其中所述氮丙啶化合物选自二氮丙啶-1,6-己二醇二丙烯酸酯或三氮丙啶-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；该化合物的量为0.1至5重量份，优选0.3至5重量份，更优选0.5至1重量份。5.根据权利要求1-4中任一项所述的水性聚氨酯乳液，其还可包含除水之外的溶剂，所述溶剂选自丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一种或至少两种的组合，优选丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；所述溶剂的量为1至40重量份，优选3至30重量份，更优选5至15重量份。6.根据权利要求1-4中任一项所述的水性聚氨酯乳液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建森，郝伟，罗楠，张冬海，
申请(专利权)人：优美特北京环境材料科技股份公司，
类型：发明
国别省市：北京,11