亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂及其制备方法技术

技术编号:17417996 阅读:40 留言:0更新日期:2018-03-07 14:03
本发明专利技术涉及一种亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂及其制备方法,包括聚乙二醇,二异氰酸酯,极性非质子化强溶剂,抗氧化剂;其特征是:还包含二羟基羧酸亲水扩链剂,二羟基羧酸亲水扩链剂为2,2‑二羟基丙酸或2,2‑二羟基丁酸中的一种,或两者的混合物,二羟基羧酸亲水扩链剂与聚乙二醇的物质的量比为23:77;聚乙二醇为分子量为400或600的一种,或两者的混合物;二异氰酸酯物质的量为聚乙二醇和二羟基羧酸亲水扩链剂总和的两倍,极性非质子化强溶剂物质的量为二羟基羧酸亲水扩链剂的2.5倍,抗氧化剂物质的量为上述物质所组成的聚合物固体的0.6%。具有固含量高、异氰酸根含量高、水溶性和乳化效果好、性能稳定等优点。

Hydrophilic self emulsifying waterborne polyurethane curing agent and its preparation method

The invention relates to a hydrophilic self emulsified waterborne polyurethane curing agent and a preparation method thereof, including polyethylene glycol, diisocyanate, polar aprotic solvent strong, antioxidant; it is characterized by that it also contains two hydroxy carboxylic acid hydrophilic chain extender, two hydroxy carboxylic acid hydrophilic chain extender was 2, 2, two or 2 hydroxy propionic acid 2, a two hydroxy butyric acid in the mixture, or both, two hydroxy carboxylic acid hydrophilic chain extender and polyethylene glycol molar ratio 23:77; polyethylene glycol as a molecular weight of 400 or 600, or a mixture of the two substances; diisocyanate was two times and two hydroxy carboxylic acid hydrophilic polyethylene glycol the sum of the chain extender, polar non protonated strong solvent material was 2.5 times of two hydroxy carboxylic acid hydrophilic chain extender, antioxidants amount of solid polymer material consisting of 0.6% above. It has the advantages of high solid content, high content of ISO - isocyanate, water solubility and emulsification, stable performance and so on.

【技术实现步骤摘要】
亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域,尤其涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。
技术介绍
水性聚氨酯乳液或分散体的应用越来越广,水性化产品的性能在某些方面体现出溶剂型产品难以比拟的优势。虽然单一组份的水性聚氨酯乳液已经具有很好的性能,但其特点决定了单组份的水性聚氨酯具有一定的热熔胶的特性,在某些应用上需要采用水性固化剂与其混用,在受热时与活性基团反应,以达到将其成膜后的性能固化的目的。在这种情况下,亲水性的异氰酸酯固化剂也得到了相应的发展。亲水性异氰酸酯固化剂的设计一般是在多异氰酸酯中加入亲水性的基团,以达到水中乳化的目的。亲水性基团除了亲水性的二羟基羧酸以外,通常有聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚或聚丙二醇单甲醚等。中国专利CN201610962742.1“一种自乳化型非离子水性聚氨酯固化剂及制备方法”中,描述可一种通过六亚甲基二异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚或聚丙二醇单甲醚反应制备亲水性非离子型水性聚氨酯固化剂的方法。这种方法是比较通常的做法,但其缺点在于非离子型聚乙二醇醚或聚丙二醇醚的水溶性较差,需要用到聚合物的40%以上才能乳化,要60%以上才能有良好的乳化效果,这就意味着其产物的异氰酸根含量较低,难以达到高异氰酸根含量的要求。在非离子型聚乙二醇醚或聚丙二醇醚用量较少的情况下,难以通过简单搅拌达到乳化的目的,需使用高速剪切搅拌使其乳化,否则其乳液不均匀、时间期效短。中国专利CN201310297023.9“用于水性聚氨酯的亲水改性多异氰酸酯固化剂的制备方法及该种多异氰酸酯固化剂的应用”中描述一种使用聚乙二醇和二异氰酸酯反应制备亲水性异氰酸酯固化剂的方法,这种方法的缺点和聚乙二醇单甲醚或聚丙二醇单甲醚的缺点是一样的。同样存在水溶性差,乳化效果不好的缺点。中国专利CN201610935301.2“一种混合亲水聚异氰酸酯固化剂”中描述一种多异氰酸酯和聚二元醇单醚和氨基磺酸盐反应制备亲水性异氰酸酯固化剂的方法。氨基磺酸盐是一种溶于水,但在其它溶剂中溶解度较低的一类物质,通常的产品供应形式为40%-50%的水溶液。该方案使用含水亲水扩链剂进行反应,其结果必然导致反应产物的不稳定,或部分异氰酸根被消耗而导致乳化不良。而纯物质的氨基磺酸盐在反应体系中很难溶解,参与反应会导致最终物质品质的差异。所得产品的稳定性和一致性差。中国专利CN201410129109.5“一种柔性的水性异氰酸酯固化剂的制备方法”描述一种多官能度异氰酸酯与聚醚胺反应获得亲水性异氰酸酯固化剂的方法。该方法制备的亲水性固化剂具有很多优点,尤其适用于弹性体的制备。但其缺点与单纯使用聚乙二醇和聚醇醚的方案一样,在于树脂亲水性较差,使用前仍然需要进行高速剪切才能达到乳化的目的。中国申请专利号CN201610313156.4“一种高性能水性聚氨酯固化剂及其制备方法与应用”中描述一种采用5-12%聚二醇单醚、0.8%-2.5%一个或两个羟基的羧酸、0.5-3.0%环己烷二甲醇、85-90%官能度为2.5-4.0的多异氰酸酯反应,制备一种应用于水性聚氨酯涂料的亲水性异氰酸酯固化剂。然而,这个方案中亲水基团的量太少,很难保证每一个异氰酸酯的分子与亲水基团连接,而且制备出的亲水性固化剂为立体交联的分子结构,因其亲水基团不足,聚二醇单醚仅5-12%、羧酸仅0.8-2.5%,分子中含有多官能度的多异氰酸酯和疏水性二甲醇,乳化时亲水性分子链难以包覆整个疏水基团,难以形成乳化良好的固化剂乳液。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺点,通过对树脂结构的改良,制备出具有线形结构,接触水时具有相突变、自乳化功能的树脂溶液,得到固含量高、异氰酸根含量高,水溶性和乳化效果好的亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂及其制备方法。本专利技术的亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,包括聚乙二醇,二异氰酸酯,极性非质子化强溶剂,抗氧化剂、催化剂和中和剂;其特征是:还包含二羟基羧酸亲水扩链剂,二羟基羧酸亲水扩链剂为2,2-二羟基丙酸或2,2-二羟基丁酸中的一种,或两者的混合物,二羟基羧酸亲水扩链剂与聚乙二醇的物质的量比为23:77;聚乙二醇为分子量为400或600的一种,或两者的混合物;二异氰酸酯物质的量为聚乙二醇和二羟基羧酸亲水扩链剂总和的两倍,极性非质子化强溶剂物质的量为二羟基羧酸亲水扩链剂的2.5倍,抗氧化剂物质的量为上述物质所组成的聚合物固体的0.6%。最好是,所述二异氰酸酯采用二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种或多种组成的混合物。最好是,所述极性非质子化强溶剂为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺中的一种。最好是,抗氧化剂采用四【β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸】季戊四醇酯。最好是,催化剂采用100%含量的有机锡,其用物质的量为聚合物固体分量的0.05%-0.1%;中和剂采用三乙胺,其物质的量为二羟基羧酸的90%。本专利技术亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂的制备方法,其特征是:1)投料聚乙二醇,900-1200份入1500L备料釜,升温至1150C,抽真空脱水0.5小时,打开回流冷凝阀,通入氮气保护;2)中速搅拌下,投料200-250份极性非质子化强溶剂、90-100份二羟基羧酸亲水扩链剂、1-2份催化剂和4-5份抗氧化剂入以上备料釜,搅拌30分钟至无色液体,自然冷却备用;3)在3000L反应釜中,通入氮气保护,打开回流阀,投料1000-1200份二异氰酸酯,中速搅拌下,升温至800C;4)在3小时内,缓慢滴加备料釜中物料入以上反应釜,滴加结束后,保持800C继续反应,保温2小时至异氰酸根达到设定含量;5)关闭热水阀,打开冷却水阀,将物料降温至500C以下时,投料60-70份中和剂,并充分搅拌15分钟;6)在冷却至室温状态时,隔绝空气情况下过滤包装。本专利技术的有益效果是:采用二羟基羧酸亲水扩链剂成盐后与聚乙二醇共同使用,使其与异氰酸酯聚合成亲水性极好的线形分子结构,在简易搅拌下即可轻易达成自乳化;产品在应用前与任意比例的水混合,通过简单搅拌即可形成粒径均匀的乳白色乳液,该乳液可以与水性聚氨酯乳液任意比例混合;采用滴加反应的制备方法,羟基基团和异氰酸酯基团反应平稳,最终形成性质稳定、储存稳定的产品;产品固含量为90%、异氰酸根含量为12.5%;具有固含量高、异氰酸根含量高、水溶性和乳化效果好、性能稳定等特点。具体实施方式本专利技术的亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,包括聚乙二醇,二异氰酸酯,极性非质子化强溶剂,抗氧化剂、催化剂和中和剂;还包含二羟基羧酸亲水扩链剂,二羟基羧酸亲水扩链剂为2,2-二羟基丙酸或2,2-二羟基丁酸中的一种,或两者的混合物,二羟基羧酸亲水扩链剂与聚乙二醇物质的量比为23:77;聚乙二醇为分子量为400或600的一种,或两者的混合物,采用小分子量聚乙二醇,可以提高固体含量和异氰酸根含量;二异氰酸酯物质的量为聚乙二醇和二羟基羧酸亲水扩链剂总和的两倍,极性非质子化强溶剂物质的量为二羟基羧酸亲水扩链剂的2.5倍,抗氧化剂物质的量为上述物质所组成的聚合物固体的0.6%。其主要反应单体均为双官能度物质,形成线形分子链和中间亲水性好的分本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,包括聚乙二醇,二异氰酸酯,极性非质子化强溶剂,抗氧化剂、催化剂和中和剂;其特征是还包含二羟基羧酸亲水扩链剂,二羟基羧酸亲水扩链剂为2,2‑二羟基丙酸或2,2‑二羟基丁酸中的一种,或两者的混合物,二羟基羧酸亲水扩链剂与聚乙二醇物质的量比为23:77;聚乙二醇为分子量为400或600的一种,或两者的混合物;二异氰酸酯物质的量为聚乙二醇和二羟基羧酸亲水扩链剂总和的两倍,极性非质子化强溶剂物质的量为二羟基羧酸亲水扩链剂的2.5倍,抗氧化剂物质的量为上述物质所组成的聚合物固体的0.6%。

【技术特征摘要】
1.一种亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,包括聚乙二醇,二异氰酸酯,极性非质子化强溶剂,抗氧化剂、催化剂和中和剂;其特征是还包含二羟基羧酸亲水扩链剂,二羟基羧酸亲水扩链剂为2,2-二羟基丙酸或2,2-二羟基丁酸中的一种,或两者的混合物,二羟基羧酸亲水扩链剂与聚乙二醇物质的量比为23:77;聚乙二醇为分子量为400或600的一种,或两者的混合物;二异氰酸酯物质的量为聚乙二醇和二羟基羧酸亲水扩链剂总和的两倍,极性非质子化强溶剂物质的量为二羟基羧酸亲水扩链剂的2.5倍,抗氧化剂物质的量为上述物质所组成的聚合物固体的0.6%。2.根据权利要求1所述的亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,其特征是所述二异氰酸酯采用二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种或多种组成的混合物。3.根据权利要求1所述的亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,其特征是所述极性非质子化强溶剂为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺中的一种。4.根据权利要求1所述的亲水性自乳化水性聚氨酯固化剂,其特征是抗氧化剂采用四【β-(3,5-二叔...

【专利技术属性】
技术研发人员:张善志徐卡特徐群策
申请(专利权)人:温州国仕邦高分子材料有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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