一种阳离子水性聚氨酯乳液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及阳离子水性聚氨酯乳液及制备方法，属化工产品及制备方法技术领域。原料：异氰酸酯混合物及多元醇、有机锡催化剂、扩链剂、中和剂。制备：多元醇加入反应器真空脱水，异氰酸酯混合物及有机锡催化剂加入，预聚反应，合成具有端异氰酸酯基的预聚体；冷却加入稀释剂稀释，冷凝回流，加入扩链剂扩链反应得混合物；冷却，中和剂加入，完成成盐反应，调节ｐＨ值，加入去离子水分散乳化，制得阳离子水性聚氨酯乳液。本发明专利技术引入微交联结构提高胶膜的耐溶剂性，耐水性和拉伸强度，引入碳化二亚胺结构提高胶膜的水解稳定性，引入２，４－ＭＤＩ提高胶膜的断裂伸长率和弹性性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于化工产品及其 制备方法

技术介绍
水性聚氨酯是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在连续相 (水)中的二元胶体体系。水性聚氨酯以水为介质，施工条件好，生产与应 用安全，具有明显的环保价值，同时，水便宜易得，故能明显降低产品成本， 因而已越来越引起人们的重视。阳离子型水性聚氨酯所含的亲水基团是阳离子，根据其结构可以分为胺盐 型和季铵盐型。与阴离子型水性聚氨酯有所不同的是，阳离子型水性聚氨酯 在预聚体的制备过程中引入叔胺基团，再用酸中和，也可以用卤代烷将大分 子链上的叔胺基转化为季铵盐，在均化器中搅拌分散乳化成阳离子型水性聚 氨酯。阳离子水性聚氨酯分散液对含阴离子的基质如玻璃、皮革等有很好的 粘附性，对水的硬度不敏感，可以在酸性条件下使用，阳离子体系同时具有 防污功效。用于制备水性聚氨酯的异氰酸酯有脂肪族异氰酸酯与芳香族异氰酸酯，由 于脂肪族异氰酸酯的价格较高，提高了水性聚氨酯的成本，从而限制了水性聚氨酯的应用。芳香族异氰酸酯如亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)和甲苯二 异氰酸酯(TDI)产量较大，可用于对黄变要求不高的水性聚氨酯应用领域， MDI各异构体蒸汽压较低，常温挥发性远小于TDI，可以取代TDI，可以发展 成为生产水性聚氨酯的主要原料。根据取代基NCO的位置，MDI有三种异构体，分别是2，4-MDI， 4，4_MDI, 和2，2-MDI，常见的MDI-100为4,4-MDI含量为98 100X的MDI， MDI-50为 2, 4-MDI/4, 4-MDI含量比例约在40/60 60/40并含有少量2， 2-MDI的MDI异构 体混合物。液化MDI为碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯，其组成为 4,4-MDI、 2，4-MDI、碳二亚胺、脲酮亚胺、多聚体，其中要求NCO含量为 28. 13%-29. 35%之间，二环总量为66. 4%-70. 5%之间，2， 4-MDI含量为 0. 68%-3. 21%之间，官能度2. 05 2. 15。碳化二亚胺改性MDI结晶析出点一般在10 15"C间，常温下为液态，可在常温下贮存和应用。加入少量的液化MDI， 其中引入的微量交联结构可使制得的乳液具有更好的稳定性，提高成膜物质 的耐溶剂性和耐水性，引入碳化二亚胺结构提高了胶膜的水解稳定性，而 2，4-MDI的存在也增加制品的柔韧性，提高断裂伸长率，使样品具有良好的弹 性性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用亚甲基二苯基二异氰酸酯和碳化二亚胺 改性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合异氰酸酯组分制造的阳离子水性聚氨酯乳液，且提供一种提高乳液粒子稳定性、胶膜耐水性、耐溶剂性和低污染环保 的阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法。本专利技术的目的是通过如下措施来实现的本专利技术提供的一种阳离子水性聚氨酯乳液，其特殊之处在于，其原料成分 包括1) 10 40质量份的不同异构体含量的二苯基甲烷二异氰酸酯与碳化二亚 胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；2) 26 82质量份的多元醇；3) (Tl质量份有机锡催化剂；4) 1 20质量份小分子扩链剂组合物，其中至少包含25% 100%的可以提供羟基并含有卤素元素、叔胺的扩链剂；5) 1 13质量份的中和剂；为了进一步实现本专利技术的目的，所述的异氰酸酯混合物为90 100%的至少 含有98% 4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯的二苯基甲烷二异氰酸酯异构体混合物 和0 10%的碳化二亚胺改性二苯基甲垸二异氰酸酯的组合物。也可以是 90 100%的2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯含量45 55%的二苯基甲垸二异氰酸酯 异构体混合物和0 10%的碳化二亚胺改性二苯基甲垸二异氰酸酯的组合物。为了进一步实现本专利技术的目的，所述多元醇为分子量在800 3000之间的 聚氧化亚乙基多醇、聚氧化亚丙基多醇、聚氧化亚乙基亚丙基共聚醚多醇、 聚四氢呋喃聚醚、聚酯多醇、聚已内酯多醇、聚碳酸酯多醇。所述小分子扩 链剂组合物由0 80%的二元醇与20 100%的提供羟基并含有卤素元素、叔胺的 扩链剂组成。所述小分子扩链剂中的二元醇可以是乙二醇、丙二醇、1，4-丁 二醇、戊二醇、已二醇、 一縮二乙二醇、新戊二醇。为了进一步实现本专利技术的目的，所述可提供羟基的亲水扩链剂为含有卤素元素、叔胺的扩链剂，常用的有N-甲基二乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、乙 醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。优选N-甲基二乙醇胺。为了进一步实现本专利技术的目的，所述使扩链剂中叔胺季胺化的中和剂为无 机酸类，如盐酸、硝酸，和有机酸类，有乙酸、丙酸、氯醋酸、乙醇酸、 丙烯酸、甲基丙烯酸。优选乙酸。适合本专利技术的有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、二 亚乙烯三胺。优选二月桂酸二丁基锡。上述阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法，包括如下步骤首先按照需要的配比将多元醇组合物加入反应器在110-12(TC抽真空一 小时以上，然后将不同异构体含量的二苯基甲烷二异氰酸酯与碳化二亚胺改 性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物以及有机锡催化剂加入反应器中，在60 90°C (优选75 80°C )氮气保护下预聚反应1 2. 5小时(优选1. 5 2小时)， 合成具有端异氰酸酯基的预聚体;上述反应产物冷却至40 55°C，分两步加入稀释剂丁酮，此稀释剂只起 到稀释体系黏度的作用并不参加反应，并且在聚合反应结束后会脱除掉，第 一步是取40 80%的稀释剂与小分子扩链剂混合后分两次加入反应体系，第二 步是在小分子扩链剂与异氰酸酯反应结束时加入剩余稀释剂，稀释至固含量 为50 80% (优选60%)，冷凝回流，加入小分子扩链剂及亲水扩链剂，在 60 9(TC氮气保护下扩链反应，提高反应温度为55 70'C (优选60 65'C)， 反应时间0. 5 1. 5小时(优选1小时);反应产物冷却到45t:以下，将中和剂乙酸加入反应器中，完成成盐反应， 同时调节PH值为5 7 (优选5 5.6)后，在搅拌速率为500 10000r/m (优 选^2000r/m)的搅拌机下匀速加入去离子水，最后除去稀释剂，制得阳离子 水性聚氨酯乳液。本专利技术的优点是采用不同异构体含量的二苯基甲垸二异氰酸酯和碳化二 亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，在聚氨酯分子结构中引入轻微交 联结构，提高了胶膜的耐溶剂性、耐水性和拉伸强度，引入碳化二亚胺结构 提高了胶膜的水解稳定性，同时引入2,4-MDI提高了胶膜的断裂伸长率和弹 性性能。本专利技术的阳离子水性乳液可作为涂层剂、粘合剂等应用于纺织、皮革、涂 料、胶粘剂、木材加工、建筑、印染等行业。本专利技术突出的实质特点和进步可以从下述的实施例中得以进一步体现。应 指出它们并不对本专利技术作任何限制。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施方式，用来对本专利技术做进一步说明。 阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法，包括如下步骤首先将26 82质量份的多元醇组合物真空脱水，再加入10 40质量份 的异氰酸酯组合物与0 1质量份有机锡催化剂，在60 9(TC氮气保护下预聚 反应1 2. 5小时合成具有端异氰酸酯基的预聚体，将反应产物冷却到40'C以 下，随后加入1 20质量份溶解在稀释剂中分子量在62 400间的小分子扩链 剂组合物，在60 9(TC氮气保护下扩链反应0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳离子水性聚氨酯乳液，其特征在于，其原料成分包括：　　　　１）１０～４０质量份的不同异构体含量的二苯基甲烷二异氰酸酯与碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；　　　　２）２６～８２质量份的多元醇；　　　　３）０～１质量份有机锡催化剂；　　　　４）１～２０质量份小分子扩链剂组合物，其中至少包含２５％～１００％的可以提供羟基并含有卤素元素、叔胺的扩链剂；　　　　５）１～１３质量份的中和剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄岐善，张红，张振威，隋东武，丁建生，
申请(专利权)人：烟台万华聚氨酯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]