一种改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于化工领域，尤其涉及一种改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，该改性水性聚氨酯乳液由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成；水性聚氨酯乳液由包括以下重量份组分的原料制成：聚碳酸亚丙酯多元醇60份；二异氰酸酯18～63份；亲水扩链剂2～10份；非亲水扩链剂0.6～3份；催化剂0.06～0.36份；中和剂2～10份；水100～300份。本发明专利技术采用聚碳酸亚丙酯多元醇和二异氰酸酯为主要原料合成水性聚氨酯乳液，并利用碳酸丙烯酯对合成的水性聚氨酯乳液进行改性，从而显著提升了水性聚氨酯乳液的使用性能，具体表现为：该改性水性聚氨酯乳液在形成胶膜之后具有更高的拉伸强度和硬度，更低的吸水率，耐水性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用
本专利技术属于化工领域，尤其涉及一种改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。
技术介绍
聚氨酯是由聚合物多元醇和异氰酸酯交替聚合得到的高分子材料，由于可以通过调节它的软硬单体比例来达到不同的性能，应用非常广泛。聚氨酯的原料主要有两种—异氰酸酯和聚合物多元醇，其中最为常见的多元醇是聚酯多元醇和聚醚多元醇。聚酯型水性聚氨酯力学强度高，但其酯键易水解，耐水性极差，因此市面上的水性聚氨酯基本是以聚醚型多元醇为主。聚醚型水性聚氨酯低温柔顺性好，耐水解，但是聚醚型水性聚氨酯本身强度、硬度低，不耐刮擦，因此产品性能较差。CN103755911A公开了一种基于聚碳酸亚丙酯二元醇(PPC)为主要原料，和二异氰酸酯以及小分子亲水扩链剂反应而制得得一种强度高、耐水解性好的水性聚氨酯材料。然而单纯的水性聚氨酯由于引入亲水基团仍具有较高的吸水率，胶膜浸泡吸水变白，力学性能下降。CN107141438A报道了一种以PPC、TDI、DMPA为原料合成预聚体，在中和阶段加入硅烷偶联剂KH560改性得到一种高耐水性的水性聚氨酯乳液。其在侧链引入疏水基团，使硅烷偶联剂在胶膜表面富集，降低表面张力，胶膜表面疏水性大大增强，从而具良好的耐水性，胶膜经水浸泡5天仍无色透明。但是研究发现，引入硅烷偶联剂会造成胶膜拉伸强度、硬度大幅下降，且环氧基团在存放过程中开环导致乳液稳定性变差。因此，如何制备一种兼具高强度、高硬度、高耐水性和低吸水率的水性聚氨酯成为本
人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，本专利技术提供的改性水性聚氨酯乳液在成膜后具有良好的拉伸强度和硬度，较低的吸水率和优异耐水性能。本专利技术提供了一种改性水性聚氨酯乳液，由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成；所述水性聚氨酯乳液由包括以下重量份组分的原料制成：优选的，所述碳酸丙烯酯占所述水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯总质量的0.2～5wt％。优选的，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的数均分子量为1000～3000；所述聚碳酸亚丙酯多元醇的羟基官能度为2～3；所述聚碳酸亚丙酯多元醇的分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.3～0.4。优选的，所述二异氰酸酯包括异弗尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。优选的，所述亲水扩链剂包括乙二胺基乙磺酸钠、二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或多种；所述非亲水扩链剂包括乙二胺、三乙烯二胺和乙二胺基乙磺酸钠中的一种或多种。优选的，所述催化剂包括辛酸亚锡、二月桂酸二正丁基锡和醋酸锡中的一种或多种。本专利技术提供了一种上述技术方案所述改性水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：a)将聚碳酸亚丙酯多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和催化剂混合反应，得到预聚体；b)将所述预聚体与有机溶剂混合降粘后，与中和剂和水混合反应，得到乳状液；c)将所述乳状液与非亲水扩链剂混合反应，之后脱除所述有机溶剂，得到水性聚氨酯乳液；d)将所述水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合，得到改性水性聚氨酯乳液。优选的，还包括：对步骤d)混合得到的所述改性水性聚氨酯乳液进行加热反应。优选的，所述加热反应的温度为70～90℃；所述加热反应的时间为0.5～2h。本专利技术提供了上述技术方案所述的改性水性聚氨酯乳液或上述技术方案所述方法制备的改性水性聚氨酯乳液成膜后形成的胶膜。与现有技术相比，本专利技术提供了一种改性水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。本专利技术提供的改性水性聚氨酯乳液由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成；所述水性聚氨酯乳液由包括以下重量份组分的原料制成：聚碳酸亚丙酯多元醇60份；二异氰酸酯18～63份；亲水扩链剂2～10份；非亲水扩链剂0.6～3份；催化剂0.06～0.36份；中和剂2～10份；水100～300份。本专利技术采用聚碳酸亚丙酯多元醇和二异氰酸酯为主要原料合成水性聚氨酯乳液，并利用碳酸丙烯酯对合成的水性聚氨酯乳液进行改性，从而显著提升了水性聚氨酯乳液的使用性能，具体表现为：该改性水性聚氨酯乳液在形成胶膜之后具有更高的拉伸强度和硬度，更低的吸水率，耐水性更好。实验结果表明：本专利技术提供的改性水性聚氨酯乳液在形成胶膜之后的拉伸强度＞32MPa，断裂伸长率＞920％，摆杆硬度＞45s，吸水率＜8.5％，胶膜浸泡24h后外观基本无变化。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种改性水性聚氨酯乳液，由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成；所述水性聚氨酯乳液由包括以下重量份组分的原料制成：本专利技术提供的改性水性聚氨酯乳液由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成。其中，所述水性聚氨酯乳液由包括聚碳酸亚丙酯多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂、非亲水扩链剂、催化剂、中和剂和水的原料制成。在本专利技术中，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的数均分子量优选为1000～3000，具体可为1000、1500、2000、2500或3000；所述聚碳酸亚丙酯多元醇的羟基官能度优选为2～3；所述聚碳酸亚丙酯多元醇的分子内碳酸酯基团的摩尔分率为优选0.3～0.4，具体可为0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、037、0.38、0.39或0.4。在本专利技术中，所述二异氰酸酯包括但不限于异弗尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种，优选为异佛尔酮二异氰酸酯。在本专利技术中，以所述聚碳酸亚丙酯多元醇在原料中的含量为60重量份计，所述二异氰酸酯在原料中的含量为18～63重量份，具体可为18重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份、50重量份、55重量份、60重量份或63重量份。在本专利技术中，所述亲水扩链剂包括但不限于乙二胺基乙磺酸钠、二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或多种，优选为二羟甲基丙酸。在本专利技术中，以所述聚碳酸亚丙酯多元醇在原料中的含量为60重量份计，所述亲水扩链剂在原料中的含量为2～10重量份，具体可为2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、4.7重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份。在本专利技术中，所述非亲水扩链剂包括但不限于乙二胺、三乙烯二胺和乙二胺基乙磺酸钠中的一种或多种，优选为乙二胺。在本专利技术中，以所述聚碳酸亚丙酯多元醇在原料中的含量为60重量份计，所述非亲水扩链剂在原料中的含量为0.6～3重量份，具体可为0.6重量份、0.8重量份、1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.2重量份、2.4重量份、2.6重量份、2.8重量份或3重量份。在本专利技术中，所述催化剂包括但不限于辛酸亚锡、二月桂酸二正丁基锡和醋酸锡中的一种或多种，优选为辛酸亚锡。在本专利技术中，以所述聚碳酸亚丙酯多元醇在原料中的含量为60重量份计，所述催化剂在原料中的含量为0.06～0.36重量份，具体可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性水性聚氨酯乳液，由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成；所述水性聚氨酯乳液由包括以下重量份组分的原料制成：

【技术特征摘要】
1.一种改性水性聚氨酯乳液，由水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯混合制成；所述水性聚氨酯乳液由包括以下重量份组分的原料制成：2.根据权利要求1所述的改性水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述碳酸丙烯酯占所述水性聚氨酯乳液和碳酸丙烯酯总质量的0.2～5wt％。3.根据权利要求1所述的改性水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的数均分子量为1000～3000；所述聚碳酸亚丙酯多元醇的羟基官能度为2～3；所述聚碳酸亚丙酯多元醇的分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.3～0.4。4.根据权利要求1所述的改性水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述二异氰酸酯包括异弗尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的改性水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述亲水扩链剂包括乙二胺基乙磺酸钠、二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或多种；所述非亲水扩链剂包括乙二胺、三乙烯二胺和乙二胺基乙磺酸钠中的一种或多种。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李昭，刘保华，程梦平，符宗可，陈熙，朱伟健，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44