一种单组份非离子聚氨酯水分散体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单组份非离子聚氨酯水分散体，包括以下原料组份及重量份：有机多异氰酸酯、聚醚多元醇、聚乙二醇单醚、扩链剂和水；所述有机多异氰酸酯中异氰酸基团与所述聚醚多元醇中活泼氢的摩尔比为1.2～1.5；所述聚乙二醇单醚的用量为所述有机多异氰酸酯、所述聚醚多元醇和所述聚乙二醇单醚总量的14~21wt%；所述有机多异氰酸酯中异氰酸酯基团的官能度大于2；所述聚醚多元醇为选自聚醚二元醇的一种或两种，且所述聚醚多元醇的分子量为400~8000；所述扩链剂为活性氢化合物，扩链系数为0.80～0.95。这种单组份非离子聚氨酯水分散体不含有机溶剂，水分散性好，稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚氨酯水分散体，具体涉及一种主体结构为轻度交联的单组份非离子聚氨酯水分散体及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯的全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的高分子化合物，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成，是由硬段和软段构成的一类嵌段型高性能聚合物材料。在聚氨酯分子链中引入一定量的亲水性基团，从而可使用水作为分散介质得到水性聚氨酯。根据聚氨酯分子链上是否含有离子基团，即是否属离子键聚合物，水性聚氨酯可分为阴离子型、阳离子型、非离子型。由于聚氨酯乳液在使用时经常需要加入酸性或碱性的电解质溶液作为助剂，离子型聚氨酯耐电解质性能差，容易破乳。同时离子型水性聚氨酯对低温很敏感，非离子型聚氨酯可以克服上述缺点。非离子型亲水基团即氧化乙烯单元，可以采用三种方式连接在聚氨酯高分子上：(1)分布在主链上，(2)位于主链的末端位置上，(3)位于侧链上。氧化乙烯单元分布在主链上的技术手段主要是采用双官能聚乙二醇作为软段嵌入到聚氨酯主链结构中，聚乙二醇含量很高才能使聚氨酯具有良好的水分散性，通常引用量较大，现实应用较少。或者采用双官能度或多官能度的特制非离子亲水扩链剂将氧化乙烯单元引入到聚氨酯分子侧链和末端位置。国内专利201110039939.5公开了一种非离子水性聚氨酯分散体及其制备方法，所述分散体主要由以下原料制得：A)二异氰酸酯；B)最少包含两个羟基的一种或两种以上数均分子量为1000至4000的多元醇；C)小分子扩链剂和/或小分子交联剂；D)中低分子量的聚乙二醇单甲醚；E)一种或多种数均分子量低于500的多元胺；其特征是，所述组分A)为二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯和/或甲苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯重量百分含量为混合物总重量计的70～90重量％；使组分B与有机溶剂混合，然后再与A混合，按照先后顺序依次加入组分C和组分D，进行预聚反应形成预聚体；所述组分C)为含羧基或双键的小分子二元醇、特殊小分子二元醇和小分子交联剂的混合物，其中含羧基或双键的小分子二元醇为2，2-二羟甲基丙酸、N，N-酰胺酸、氨基酸、二氨基苯甲酸和2-磺酸钠-1，4-丁二醇中的一种或两种以上的混合物；特殊小分子二元醇为乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、氢醌-双(β-羟乙基)醚和间苯二酚-双(β-羟乙基)醚中的一种或两种以上的混合物，小分子交联剂为三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、甘油等三元醇或四元醇。这个专利技术中所用的二异氰酸酯主要组成为剧毒品甲苯二异氰酸酯TDI，带来职业卫生问题以及环境保护问题；反应过程需要加入有机溶剂，导致反应时间长以及脱除溶剂的问题；仍然需要加入羧基的小分子扩链剂2，2-二羟甲基丙酸，后续工艺仍然需要用氨/胺进行中和的工序；预聚反应组分多，组成复杂，需要按照顺序依次加入反应组分，操作繁琐，容易导致误操作。国内专利CN102432992A公开了一种非离子水性聚氨酯乳液及制备方法，其采用线性聚乙烯乙二醇功能甲醚代替三羟甲基丙烷聚乙氧基甲醚，并加入少量阴离子亲水扩链剂提供一种非离子水性聚氨酯乳液及制造方法，以解决由于原料的不稳定而造成的非离子乳液不稳定，应用到玻璃纤维浸润剂中的聚氨酯浸润剂产品依靠进口，价格昂贵等的问题。该技术方案中仍需要加入少量含羧基的亲水性扩链剂二羟甲基丙酸，加入量在不影响非离子乳液性能的前提下，才能解决乳液不够稳定易出现分层的现象；而且所采用脂肪族与脂环族异氰酸酯的混合物，这两种原料价格昂贵；同时制备过程需要加入低沸点溶剂，引起溶剂脱除的后处理问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种环保型非离子水性聚氨酯及其制备方法，以克服现有技术中聚氨酯原料毒性大，后处理工艺繁琐，以及水性聚氨酯乳液不稳定的缺陷。为了实现上述目的或者其他目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种单组份非离子聚氨酯水分散体，包括以下原料组份及重量份：有机多异氰酸酯、聚醚多元醇、聚乙二醇单醚、扩链剂和水；其中，所述有机多异氰酸酯中异氰酸酯基团与所述聚醚多元醇中活泼氢的摩尔比为1.2～1.5；所述聚乙二醇单醚的用量为所述有机多异氰酸酯、所述聚醚多元醇和所述聚乙二醇单醚总量的14～21wt％；所述有机多异氰酸酯中异氰酸酯基团的官能度大于2；所述聚醚多元醇为选自聚醚二元醇的一种或两种，且所述聚醚多元醇的分子量为400～8000；所述扩链剂为活性氢化合物，扩链系数为0.80～0.95。优选地，所述聚醚多元醇的水分含量不超过0.05wt％。优选地，所述单组份非离子聚氨酯水分散体的固含量为30～50wt％。本专利技术中聚氨酯水分散体固含量的测试方法为现有技术中常用测试方法。具体地为：将大约2g乳液试样放入直径为4cm的平底玻璃皿中，盖上盖，称重，然后将其置于通风橱，待大部分水分挥发后，移入设有通风装置的烘箱中，在115℃下干燥至恒重，即可计算固体含量。所述单组份非离子聚氨酯水分散体25℃时的黏度为130～420mPa.s。黏度采用Brookfield标准方法或仪器测得。优选地，所述单组份非离子聚氨酯水分散体的粒径为220～550nm。更优选地，所述单组份非离子聚氨酯水分散体的粒径为200～300nm。本专利技术中粒径测试采用马尔文粒径测试仪，对乳液进行稀释后，平行测试3次取平均值。本专利技术中公开的单组份非离子聚氨酯水分散体的外观为微黄色乳液体或乳白色液体。优选地，所述聚醚多元醇的分子量为400～4000。更优选地，所述聚醚多元醇的分子量为2000～4000。更优选地，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇。更优选地，所述聚醚多元醇为分子量不同的几种聚氧化丙烯二醇的混合物。优选地，所述有机多异氰酸酯选自多苯基多亚甲基多异氰酸酯或所述有机多异氰酸酯选自多苯基多亚甲基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。优选地，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物在25℃下的黏度为15～35mPa·s，所述混合物中异氰酸酯基团含量31.5-33wt％。本专利技术中的异氰酸酯基团的含量测试执行标准GB/T12009.4-1989，黏度按照标准GB/T12009.3-1989测量。优选地，所述聚乙二醇单醚选自聚乙二醇单甲醚或聚乙二醇单丁醚中的一种，且所述聚乙二醇单醚的分子量为500～5000。更优选地，所述聚乙二醇单醚的水分含量不超过0.1wt％。该聚乙二醇单醚的制备可以采用已有技术的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单组份非离子聚氨酯水分散体，包括以下原料组份及重量份：有机多异氰酸酯、聚醚多元醇、聚乙二醇单醚、扩链剂和水；其中，所述有机多异氰酸酯中异氰酸酯基团与所述聚醚多元醇中活泼氢的摩尔比为1.2～1.5；所述聚乙二醇单醚的用量为所述有机多异氰酸酯、所述聚醚多元醇和所述聚乙二醇单醚总量的14～21wt％；所述有机多异氰酸酯中异氰酸酯基团的官能度大于2；所述聚醚多元醇为选自聚醚二元醇的一种或两种，且所述聚醚多元醇的分子量为400～8000；所述扩链剂为活性氢化合物，扩链系数为0.80～0.95。

【技术特征摘要】
1.一种单组份非离子聚氨酯水分散体，包括以下原料组份及重量份：
有机多异氰酸酯、聚醚多元醇、聚乙二醇单醚、扩链剂和水；其中，所述有机多异氰酸
酯中异氰酸酯基团与所述聚醚多元醇中活泼氢的摩尔比为1.2～1.5；所述聚乙二醇单醚
的用量为所述有机多异氰酸酯、所述聚醚多元醇和所述聚乙二醇单醚总量的14～21wt％；
所述有机多异氰酸酯中异氰酸酯基团的官能度大于2；所述聚醚多元醇为选自聚醚二元
醇的一种或两种，且所述聚醚多元醇的分子量为400～8000；所述扩链剂为活性氢化合物，
扩链系数为0.80～0.95。
2.如权利要求1所述单组份非离子聚氨酯水分散体，其特征在于，所述单组份非离子聚氨
酯水分散体的固含量为30～50wt％，25℃时的黏度为130～420mPa.s。
3.如权利要求1所述单组份非离子聚氨酯水分散体，其特征在于，所述有机多异氰酸酯选
自多苯基多亚甲基多异氰酸酯或所述有机多异氰酸酯选自多苯基多亚甲基多异氰酸酯
和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。
4.如权利要求3所述单组份非离子聚氨酯水分散体，其特征在于，所述有机多异氰酸酯在
25℃下的黏度为15～35mPa·s，所述有机多异氰酸酯中的异氰酸酯基团含量为
31.5～33wt％。
5.如权利要求1所述单组...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣理静，方海燕，蒋晓群，沈立飞，许耀新，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，
类型：发明
国别省市：北京;11