聚氨酯添加剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能聚氨酯添加剂，其中包含由含有异氰酸根的物质所改性的纤维素，优选还含有多元醇。该添加剂可以通过纤维素与含有异氰酸根的物质进行反应得到。所得添加剂分散性很好，可以直接溶于聚氨酯涂料中，使所得聚氨酯涂层具有优良的品质，例如透湿性能、防水性能、防老化性能、防粘连性能和消光性能等。其生产成本低，应用方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及添加剂领域，尤其涉及聚氨酯添加剂，尤其是功能型聚氨酯添加 剂，及其制备方法和应用。
技术介绍
聚氨酯，又称聚氨基甲酸酯，是由多异氰酸酯和多元醇(或多元羟基化合物) 反应形成的高分子化合物的总称，其主链上含有重复的氨基酯基。聚氨酯具有良 好的粘性和粘合性，是优良的涂料，例如用作织物、塑料或皮革的防水涂层。聚氨酯涂层织物一般具备较好的防风、防雨、保暖等功能，且外观风格柔软、 价格适中，较受消费者欢迎。然而，由于聚氨酯物料本身的结构特点使得其具有 很多缺点，例如聚氨酯涂层透湿性能差，由于游离氨酯键的存在使得聚氨酯涂层 易水解老化，粘连性强。但是，很多使用聚氨酯涂层的防水织物，例如雨衣布、 帐蓬布等要求所形成的聚氨酯涂层具有良好的防水性能、透湿性能、抗粘连性能、 抑菌性能、防老化性能和消光性能等性能。因此需要对聚氨酯涂料进行改进，使 得所形成涂层具有上述优良品质。文中术语"防水性能"是指聚氨酯涂层的透水能力，以涂层的净水压作为其 衡量指标。聚氨酯涂层的净水压越大，则涂层的防水性能越高，水分不容易透过 涂层；反之，若聚氨酯涂层的净水压愈小，则涂层的防水性能越低，水分容易透 过涂层。文中术语"透湿性能"是指水蒸汽透过涂层的能力，以涂层的透湿量作为指 标。涂层的透湿量越大，则水蒸气越容易通过涂层，透湿性能越好；反之，若涂 层的透湿量越小，则水蒸气越难通过涂层，透湿性能越差。防水性能和透湿性能是一对矛盾， 一般防水性能好则透湿性能差，透湿性能 好则防水性能差。为了使聚氨酯涂层达到上述所希望的品质，需要向聚氨酯涂料中加入添加剂。 到目前为止，己有技术中，添加剂一般是单一性能的，即每种添加剂只能改善某 种性质。基本还没有发现复合性能的添加剂，尤其是能同时提高涂层防水性能和透湿性能的复合添加剂。为了使聚氨酯涂层具有上述多种良好性质，需要向聚氨酯涂料中添加多种添 加剂。例如为了增加透湿性能，可以添加透湿添加剂(透湿剂)，例如亚纳米二 氧化硅粉末或亚纳米二氧化锆等无机粉末或者纤维素醚，但由于这些无机粉末颗 粒与有机材料聚氨酯之间相容性很差，导致涂层膜结构疏散，成膜物质结合不紧 密，而且无机粒子会缓慢迁移，因此所得涂层的防水性能非常差；当添加纤维素 醚类物质时，但是纤维素醚遇水发生溶胀，导致聚氨酯涂层与织物之间的粘合力 差，剥离力降低，从而显著降低其使用寿命，而且涂层易发霉变质，促进聚氨酯 的生物降解。以上两种方法虽然可以提高聚氨酯涂层的透湿性能，但是涂层的防 水性能都非常差。在这种情况下，通过添加其他添加剂来提高涂层防水性能是很困难的，因为 所添加的添加剂与聚氨酯和透湿添加剂之间的相容性会更差，此时可以通过提高 聚氨酯本专利技术的分子链长度来提高涂层膜的防水性，但是成本及其昂贵，而且效 果也并非十分理想。当向聚氨酯涂料中加入各种添加剂时，例如透湿剂、防水剂、防老化剂、消 光剂等，鉴于各种添加剂在聚氨酯中的分散以及与聚氨酯相互之间的相容性问题， 所得涂层膜的品质并不理想，而且加工工序繁复。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多功能聚氨酯涂料添加剂，该添加剂具有优良的 分散性能，将其添加到聚氨酯涂料中后，所形成涂层具有优良的性能，如防水性 能、透湿性能、防老化性能、防粘连性能、消光性能等。本专利技术的另一目的在于提供上述多功能聚氨酯涂料添加剂的制备方法。 本专利技术的目的还在于提供上述多功能聚氨酯涂料添加剂的应用。 本专利技术的基本构思如下将异氰酸根改性的纤维素作为添加剂添加到聚氨酯 涂料中，由于异氰酸根改性的纤维素与聚氨酯之间复杂的物理化学作用使得两者 发生复杂的物理化学作用，因此所形成的涂层膜具有良好的防水、透湿、防老化、 防粘连和消光等性能。根据本专利技术的一个方面，提供了一种多功能聚氨酯涂料添加剂，其中包含由 含有异氰酸根的物质所改性的纤维素。优选地，该添加剂中还含有多元醇。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备上述多功能聚氨酯涂料添加剂的 方法，该方法包括将纤维素用含有异氰酸根的物质进行改性处理，优选还包括 向改性所得产物中加入多元醇。以下对本专利技术进行详细描述。含有异氰酸的物质根改性的纤维素(异氰酸根改性的纤维素)，可以通过纤 维素与含有异氰酸根的物质进行反应得到的。所用的含有异氰酸根(即，异氰酸基-11=0=0)的物质可以是任何含有异氰酸 根的物质，并没有特别的限定。其可以为异氰酸酯，例如一元或二元或多元异氰 酸酯， 一元异氰酸酯例如氯苯基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、异氰酸苯酯、异丙 基异氰酸酯、氯磺酰异氰酸酯、对甲苯磺酰异氰酸酯、叔丁苯异氰酸酯、苯异氰酸酯和十八垸基异氰酸酯等，二异氰酸酯例如甲苯二异氰酸酯(TDI) 、 二苯甲 烷二异氰酸酯(MDI)、对苯二亚甲基二异氰酸酯(XD1)、己二异氰酸酯(HDI)、异佛 尔酮二异氰酸酯(IPDI)、 二环己基甲垸二异氰酸酯(H12MDI)、萘二异氰酸酯 (NDI)，多异氰酸酯例如硫代磷酸三苯基三异氰酸酯、三苯基甲垸三异氰酸酯 和二甲基三苯基甲垸四异氰酸酯等。这些物质可以任意使用，即可以单独使用， 也可以任意组合使用。进行上述改性反应时，由于纤维素本身是固体颗粒物质，当所用含有异氰酸 根的物质为液态时，两者反应速度较高，当所用含有异氰酸根的物质为胶体或固 态时为了增加两者的接触面积而增加反应速度，可以加入适量有机溶剂，当然当 所用含有异氰酸根的物质为液态时仍可加入溶剂以进一步提高反应速度，有机溶 剂可以为例如苯或其同系物或者二甲基甲酰胺等。 本专利技术添加剂的可能作用原理如下所述关于防水性能纤维素是天然的高分子物质，其分子链非常长，其中含有大量羟基，当大量纤维素与少量含有异氰酸根的物质接触时，羟基会与异氰酸根反 应，生成纤维素多官能团聚氨酯预聚体，即异氰酸根改性的纤维素，其中仍然存 在大量未被异氰酸根改性的羟基，当将其加入到聚氨酯中时与聚氨酯发生大分子的交联反应，由此形成的聚氨酯涂层更紧密，因此防水性增强；而且纤维素本身 具有微孔结果，通过纤维素和含有异氰酸根的物质反应得到的预聚体也具有相应 的微孔结构，而将该预聚体与聚氨酯混合时，可产生较强的物理结合力，涂层膜强度增加，这也增强了涂层的防水性能。就是说，由于添加剂(即异氰酸根改性 的纤维素，或者称为纤维素多官能团聚氨酯预聚体)与聚氨酯之间复杂的物理化 学作用使得所形成的涂层膜更致密、强度更高，使得涂层的防水性能显著提高。关于透湿性由于添加剂中含有羟基等大量的亲水基团，使得所形成的涂层 具有较强的水蒸气透过能力，涂层的透湿量显著提高。关于防老化、防粘连性能添加剂中的羟基可以与聚氨酯中的游离氨酯基团 反应从而将其消除，因而避免了其水解老化，提高了防粘连性能。关于消光由于添加剂的微孔结构，使得所形成的涂层表面对光线产生很强 的折射，从而达到了消光或亚光化的效果。如果纤维素没有改性而直接作为添加剂使用，由于纤维素与聚氨酯的相容性 差，导致所形成的涂层膜连接不紧密，防水性能差。在通过纤维素与含有异氰酸根的物质进行反应从而对纤维素进行改性的过程 中，所用的纤维素与含有异氰酸根的物质重量之比优选为100: 3 20，更优选为 100: 4 12，进一步优选为100: 8 10。若纤维素与含有异氰酸根的物质重量之 比小于100: 3，则改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯添加剂，其特征在于，该添加剂中包含由含有异氰酸根的物质所改性的纤维素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王书超，
申请(专利权)人：石家庄市轻工科学技术研究所，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]