一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂及其制备方法，包括以下步骤：将异氰酸酯溶液滴加到脱水后的聚乙二醇中进行聚合反应，制得预聚体；加入催化剂和长链烷醇进行半封端反应；降温至50~80℃后，加入扩链剂进行扩链反应，得支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂。本发明专利技术制备的聚氨酯缔合型增稠剂结构有多条疏水性长链，分子的分子量较大，且在水相或乳液体系中可以形成较为完整稳定的疏水缔合型网络结构，使得其具有较强的增稠性能和较好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂及其制备方法
本专利技术涉及一种增稠剂，特别是涉及一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂及其制备方法。
技术介绍
水性聚氨酯缔合型增稠剂是新出现的一种环境友好型增稠剂，其在溶液中的性质类似于表面活性剂，它是由亲油-亲水-亲油三嵌段结构组成的聚合物。由于其独特的分子结构，使得其增稠的机理、流变性等都不同于传统的增稠剂，相比传统增稠剂，水性聚氨酯缔合型增稠剂的增稠能力强，流平性和储存稳定性好，且不易长霉、涂膜丰满度高等特点，受到人们的广泛关注。传统的聚氨酯缔合型增稠剂的结构较为简单，通常是由过量的异氰酸酯与聚乙二醇反应制备的预聚体，然后长链的烷醇进行封端制备得到的线性聚氨酯缔合型增稠剂。这种直链型聚氨酯缔合型增稠剂是两端带有疏水基团的结构，其在乳液体系中形成的是两点缔合的方式来达到增稠效果，其增稠效果容易受温度影响而变差。专利CN101096475A公开了一种线型水性聚氨酯增稠剂的制备方法，其所合成的聚氨酯增稠剂属于传统的烷基链封端的聚氨酯增稠剂，其增稠效果一般，且增稠后的乳液储存稳定性不好。聚氨酯缔合型增稠剂中，疏水基团的疏水缔合作用对增稠性能起主导，而多点缔合结构要优于传统线型聚氨酯增稠剂。专利CN101633718A将异氰酸酯与聚醚二元醇反应制备预聚体，然后将自制的疏水性二醇引入预聚体进行扩链，然后烷基醇进行封端制备了梳型的聚氨酯增稠剂，由于疏水性二醇的制备复杂，难以应用于实际。专利CN104211941A公开了一种星型聚氨酯增稠剂的制备方法，利用环氧乙烷开环合成星型的聚乙二醇，然后与烷基异氰酸酯反应合成星形聚氨酯缔合型增稠剂，其增稠效果和稳定性都得到提高。但其疏水性二醇和星形聚乙二醇的合成较为繁琐，实际应用比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是在传统聚氨酯增稠剂合成工艺的基础上，提供一种稳定性好、增稠性能优异的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂及其制备方法。一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将异氰酸酯溶液滴加到脱水后的聚乙二醇中进行聚合反应，制得预聚体；(2)加入催化剂和长链烷醇进行半封端反应；(3)降温至50～80℃后，加入扩链剂进行扩链反应，得支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂。进一步方案，所述步骤(1)中的聚合反应是在氮气氛围中，在搅拌情况下，将异氰酸酯溶液滴加到脱水聚乙二醇中，滴完后于40～60℃保温10～40min，然后升温至70～110℃再反应2～5h，得到预聚体。进一步方案，所述异氰酸酯溶液中的溶剂为丙酮、甲乙酮或N，N-二甲基甲酰胺；异氰酸酯与聚乙二醇中-NCO/-OH的摩尔比为1～2:1。进一步方案，所述异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4＇-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲基己酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、4,4＇-二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘-1,5二异氰酸酯、四甲基二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。进一步方案，所述步骤(1)中脱水后的聚乙二醇是将聚乙二醇加入反应器中，升温至100～120℃进行真空脱水2～5h所得；所述聚乙二醇分子量优选为2000～8000g/mol。进一步方案，所述步骤(2)中的长链烷醇为C8～18的直链烷基醇，长链烷醇与聚乙二醇的物质的量之比为1～2:1；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、顺丁烯二酸二丁基锡、辛酸锌中的一种或几种，催化剂的加入量为聚乙二醇和异氰酸酯总质量的0.05～5％。进一步方案，所述步骤(3)中扩链反应的时间为2～6h，所述的扩链剂为支化型核B，异氰酸酯与扩链剂的物质的量之比为2：0.1～1。进一步方案，所述支化型核B是将DMPA(二甲基丙胺)的DMF溶液缓慢滴加到IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)中，升温至70～90℃反应1～3h；然后将其置于冰盐浴中，控制反应体系中的温度为-5～0℃；再缓慢滴加DEOA(二乙醇胺)的DMF溶液，1～3h滴完，反应结束后得支化型核B，其反应过程如下：本专利技术的反应过程如下：本专利技术的另一个专利技术目的是提供上述制备方法制备的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂。本专利技术的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的分子结构和性能是可以通过对聚乙二醇的分子量、封端剂长链烷醇的结构来进行调整的。本专利技术制备的水性聚氨酯缔合型增稠剂可应用于含水体系的增稠，含水体系包括乳胶漆、粘合剂、皮革、造纸、印染、清漆、化妆品制剂及个人护理产品。本专利技术所合成的聚氨酯缔合型增稠剂结构有多条疏水性长链，分子量较大，且在水相或乳液体系中可以形成较为完整且稳定的疏水缔合型网络结构，使得其具有较强的增稠性能和较好的稳定性。所以本专利技术制备的聚氨酯缔合型增稠剂对乳液具有很好的增稠效果，在较低用量下可以有效提高乳液的黏度，而且具有低剪切力作用下具有高粘度、高剪切力作用下低施工黏度的特点，符合对增稠剂的应用要求，且合成所需成本较低，具有较好的应用前景。本专利技术相对现有的技术具有如下的优点及有益效果：1、本专利技术利用异氰酸酯与聚乙二醇制备预聚体，用长链烷醇进行半封端反应，然后利用自制有支化型多元醇进行扩链，制备了一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂。这种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的分子结构上具有多条疏水链段，在水相或乳液体系中，疏水基团之间或疏水基团与乳胶粒子之间可以相互缔合形成胶束，胶束末端的疏水端基又可以和其他胶束的疏水端基缔合，彼此间的多点缔合作用使得体系中形成较为完整的空间网络结构，从而可以在较低浓度下显著提高乳液的黏度；且分子间的缔合和解缔合作用又使得增稠后的体系具有在低剪切作用下的高粘度和高剪切作用下的低施工黏度的特性。2、本专利技术可以根据应用的要求，对聚乙二醇的分子量、封端剂长链烷醇的结构等进行调整，从而可以调节所制备的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的结构，即调节增稠剂的增稠性能。如本专利技术中实施例1、实施例2、实施例3中异氰酸酯、扩链剂和封端剂的种类不变，仅改变聚乙二醇的分子量，从而就制备出了三种不同相对分子质量的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂，且三种聚氨酯缔合型增稠剂的增稠性能因分子量差异也不同。附图说明图1为实施例1-6制备的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的红外谱图。图2为实施例1制备的支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的水溶液黏度随剪切速率的变化图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步阐述，但本专利技术的实施方式并不仅限于此。下面各实施例中支化型核B是将DMPA(二甲基丙胺)的DMF溶液缓慢滴加到IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)中，升温至70～90℃反应1～3h；然后将其置于冰盐浴中，控制反应体系中的温度为-5～0℃；再缓慢滴加DEOA(二乙醇胺)的DMF溶液，1～3h滴完，反应结束后得支化型核B，其反应过程如下：实施例1：本实施例中支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的制备方法如下：(1)脱水处理将分子量为6000g/mol的聚乙二醇50g加入反应器中，升温至110℃真空脱水3h；(2)预聚将脱水后的聚乙二醇冷却至55℃，在氮气保护下，搅拌滴加异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的DMF溶液，异佛尔酮二异氰酸酯的质量为3.70g，滴完后于55℃保温30min，然后升温至80℃反应3h，得到预聚体。(3)半封端反应预聚反应完成后，保持体系的温度80℃，向体系中加入2.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将异氰酸酯溶液滴加到脱水后的聚乙二醇中进行聚合反应，制得预聚体；（2）加入催化剂和长链烷醇进行半封端反应；（3）降温至50~80℃后，加入扩链剂进行扩链反应，得支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂。

【技术特征摘要】
1.一种支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将异氰酸酯溶液滴加到脱水后的聚乙二醇中进行聚合反应，制得预聚体；（2）加入催化剂和长链烷醇进行半封端反应；（3）降温至50~80℃后，加入扩链剂进行扩链反应，得支化型水性聚氨酯缔合型增稠剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的聚合反应是在氮气氛围中，在搅拌情况下，将异氰酸酯溶液滴加到脱水聚乙二醇中，滴完后于40~60℃保温10~40min，然后升温至70~110℃再反应2~5h，得到预聚体。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述异氰酸酯溶液中的溶剂为丙酮、甲乙酮或N，N-二甲基甲酰胺；异氰酸酯与聚乙二醇中-NCO/-OH的摩尔比为1~2:1。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4＇-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,6-二异氰酸酯甲基己酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、4,4＇-二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘-1,5二异氰酸酯、四甲基二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，宋忠奥，吴庆云，吴明元，张建安，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34