一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：1)将聚碳酸亚丙酯多元醇、抗氧剂、含有羧基的扩链剂和芳香族二异氰酸酯在溶剂中进行反应，得到反应产物；2)将反应产物、含有环氧基的硅烷偶联剂和成盐剂进行反应，得到预聚体；3)将预聚体乳化后和胺类扩链剂进行反应，得到高耐水性的水性聚氨酯乳液。与现有技术相比，本发明专利技术在反应产物和成盐剂进行中和反应的阶段加入含有环氧基的硅烷偶联剂，使得到的水性聚氨酯乳液具有良好的耐水性。另外，本发明专利技术中的聚碳酸亚丙酯多元醇以二氧化碳为原料合成，对环境无污染、成本低，而且使得到的水性聚氨酯乳液具有较高的强度和硬度，能够长期保持优异的力学性能。

Preparation method of water resistant polyurethane emulsion with high water resistance

The present invention provides a method for preparing waterborne polyurethane emulsion with a high resistance to water, which comprises the following steps: 1) the polypropylene carbonate polyols, antioxidant, carboxyl containing chain extender and aromatic diisocyanate in the solvent for reaction to obtain a reaction product; 2), the reaction product containing epoxy the silane coupling agent and salt forming agent was obtained prepolymer; 3) the prepolymer emulsification reaction and amine chain extender, obtained aqueous polyurethane emulsion high water resistance. Compared with the prior art, the present invention adds a silane coupling agent containing an epoxy group in the reaction product and the neutralization stage of the salt making agent, so that the obtained waterborne polyurethane emulsion has good water resistance. In addition, the invention of poly propylene carbonate polyol synthesis using carbon dioxide as raw material, no pollution to environment, low cost, and the waterborne polyurethane emulsion obtained with high strength and hardness, excellent mechanical properties can maintain long-term.

【技术实现步骤摘要】
一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法
本专利技术涉及聚氨酯
，尤其涉及到一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法。
技术介绍
聚氨酯是是主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子，这类高分子广泛用于涂层、胶黏剂、皮革涂饰剂、油漆、油墨粘合剂、造纸施胶、包装膜、防水纺织物等众多领域。水性聚氨酯以水为基本介质，具有不污染环境，节能，操作加工方便、高强度、安全可靠等特点，克服了溶剂型聚氨酯污染严重的缺点，水性聚氨酯逐步取代传统溶剂型聚氨酯乳液材料已是大势所趋。目前水性聚氨酯乳液的合成方法主要为内乳化法，即在聚氨酯分子结构中引入亲水基团即可分散成乳液。但是，内乳化法合成的水性聚氨酯产品由于分子结构中含有的离子基团，易吸水，造成产品湿附着力差，不耐水浸泡，导致在实际生产应用方面产生很大限制。CN201210298085.7专利公开了一种强耐水性水性聚氨酯的制备方法，是以TDI、PEG3000、BDO、DMPA为原料制备预聚体，加入HEA对预聚体的端-NCO进行封端，加入胺类化合物进行中和反应生成盐，加入TPGDA和水进行乳化，加入适量的引发剂偶氮二异丁腈，使TPGDA与HEA的双键打开聚合得到丙烯酸酯与水性聚氨酯共聚改性的乳液，这种方法得到的水性聚氨酯成膜后具有一定的耐水性。但是经过研究发现，在乳液中加入偶氮二异丁腈引发剂来提高耐水性效果有限，且耐水效率极低。因此，如何进一步提高水性聚氨酯的耐水性已成为本领域技术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高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法，本专利技术提供的方法制备的水性聚氨酯乳液具有良好的耐水性。本专利技术提供了一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：1)将聚碳酸亚丙酯多元醇、抗氧剂、含有羧基的扩链剂和芳香族二异氰酸酯在溶剂中进行反应，得到反应产物；2)将反应产物、含有环氧基的硅烷偶联剂和成盐剂进行反应，得到预聚体；3)将预聚体乳化后和胺类扩链剂进行反应，得到耐水聚氨酯。优选的，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的数均分子量为2000～8000；羟基官能度为2～6。优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述含有环氧基的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。优选的，所述芳香族二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。优选的，所述成盐剂选自三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠和氨水中的一种或几种。优选的，所述步骤1)中的反应温度为75～85℃。优选的，所述步骤1)具体为：将聚碳酸亚丙酯多元醇、含有羧基的扩链剂和溶剂混合，得到混合物，所述混合的温度为40～60℃；将抗氧剂和芳香族二异氰酸酯加入到混合物中进行反应，得到反应产物。优选的，所述步骤2)中的反应时间为3～10分钟。优选的，所述乳化的速度为1000～4000转/分；所述乳化的时间为10～60分钟。优选的，所述含有羧基的扩链剂选自2,2-二羟甲基丙酸、二羟基半酯和二氨基苯甲酸中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术采用特定成分的原料制备聚氨酯，本专利技术采用的聚碳酸亚丙酯多元醇以及含有羧基的扩链剂中含有亲水基团，制备得到的聚氨酯为乳液，是水性聚氨酯；而且本专利技术采用聚碳酸亚丙酯多元醇为原料制备聚氨酯，尤其是在反应产物和成盐剂进行中和反应阶段加入含有环氧基的硅烷偶联剂，能够使环氧基团在成盐剂或胺类扩链剂的催化作用下和含有羧基的扩链剂中的羧基发生反应，在侧链引入疏水基团，使硅烷偶联剂在聚氨酯表面富集，降低了材料表面张力，使吸水率下降，从而使制备得到的聚氨酯具有良好的耐水性。本专利技术提供的方法制备得到的水性聚氨酯乳液形成的胶膜经水泡5天后仍然无色透明，较市售的水性聚氨酯产品具有优异的耐水浸泡能力。另外，本专利技术提供的高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法工艺简单、合成效率高，以绿色环保的聚碳酸亚丙酯多元醇为原料，不仅使制备得到的水性聚氨酯乳液具有高强度、高硬度和高模量的特点，而且成本低，对环境保护和节能减排具有很大的意义。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经改进或润饰的所有其它实例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：1)将聚碳酸亚丙酯多元醇、抗氧剂、含有羧基的扩链剂和芳香族二异氰酸酯在溶剂中进行反应，得到反应产物；2)将反应产物、含有环氧基的硅烷偶联剂和成盐剂进行反应，得到预聚体；3)将预聚体乳化后和胺类扩链剂进行反应，得到耐水聚氨酯。在本专利技术中，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数优选为40～80份，更优选为50～70份，最优选为60份。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2000～8000，更优选为1500～4000；羟基官能度优选为2～6，更优选为2～3；分子内碳酸酯基的摩尔分率优选为0.25～0.45，更优选为0.3～0.4；所述聚碳酸亚丙酯多元醇分子内的双键优选为2～4个，更优选为3个。本专利技术对所述聚碳酸亚丙酯多元醇的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可，如可按照申请号为2009100418543“一种脂肪族聚碳酸酯多元醇的制备方法”所公开的方法制备得到；也可由市场购买获得。在本专利技术中，所述含有羧基的扩链剂优选选自2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟基半酯和二氨基苯甲酸中的一种或几种，更优选为DMPA。在本专利技术中，以聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数为基准，所述含有羧基的扩链剂的重量份数优选为2～8份，更优选为4～6份。在本专利技术中，所述溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺。在本专利技术中，以聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数为基准，所述溶剂的重量份数优选为5～15份，更优选为8～12份，最优选为10份。在本专利技术中，所述抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。在本专利技术中，以聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数为基准，所述抗氧剂的重量份数优选为0.1～0.6份，更优选为0.2～0.5份，最优选为0.3～0.4份。在本专利技术中，所述芳香族二异氰酸酯优选选自甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。在本专利技术中，以聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数为基准，所述芳香族二异氰酸酯的重量份数优选为17～46份，更优选为20～40份，最优选为30份。在本专利技术中，所述含有环氧基的硅烷偶联剂优选为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，采用本领域技术人员熟知的市售的KH-550硅烷偶联剂、KH-560硅烷偶联剂和KH-570硅烷偶联剂中的一种或几种即可，优选为KH-560硅烷偶联剂。在本专利技术中，以聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数为基准，所述含有环氧基的硅烷偶联剂的重量份数优选为0.5～3份，更优选为1～2.5份，最优选为1.5～2份。在本专利技术中，所述成盐剂优选选自三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠和氨水中的一种或几种，更优选为三乙胺。在本专利技术中，以聚碳酸亚丙酯多元醇的重量份数为基准，所述成盐剂的重量份数优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：1)将聚碳酸亚丙酯多元醇、抗氧剂、含有羧基的扩链剂和芳香族二异氰酸酯在溶剂中进行反应，得到反应产物；2)将反应产物、含有环氧基的硅烷偶联剂和成盐剂进行反应，得到预聚体；3)将预聚体乳化后和胺类扩链剂进行反应，得到高耐水性的水性聚氨酯乳液。

【技术特征摘要】
1.一种高耐水性的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：1)将聚碳酸亚丙酯多元醇、抗氧剂、含有羧基的扩链剂和芳香族二异氰酸酯在溶剂中进行反应，得到反应产物；2)将反应产物、含有环氧基的硅烷偶联剂和成盐剂进行反应，得到预聚体；3)将预聚体乳化后和胺类扩链剂进行反应，得到高耐水性的水性聚氨酯乳液。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的数均分子量为2000～8000；羟基官能度为2～6。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述含有环氧基的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳香族二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯甲烷二异氰酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢芸，王恒，麻乐，刘保华，宋丽娜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44