一种阳离子‑非离子混合型水性聚氨酯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种阳离子‑非离子混合型水性聚氨酯，由以下各重量份组分制得：非离子型亲水单体18～30份，聚醚二元醇30％～50％，二异氰酸酯20％～35％，扩链剂4～7份，中和酸2～6份。其可以作为组分之一应用于纺织浆料中，能够在稀释至20～100倍的情况下稳定分散在中性乃至弱酸性(pH＝5～7)的纺织浆料中，具有使纺织浆料在纺纱过程中不易起毛断丝的作用。

A cationic nonionic mixed aqueous polyurethane and preparation method and application thereof

The invention discloses a cationic nonionic mixed type waterborne polyurethane, consists of the following components: the weight of a prepared non-ionic hydrophilic monomer 18~30, polyether diol 30% ~ 50%, 20% ~ 35% diisocyanate, chain extender, 4~7 copies, 2~6 copies of neutralizing acid. It can be used as a component in textile sizing, and can be dispersed in neutral and even weak acid (pH = 5~7) textile sizing when it is diluted to 20~100 times. It has the function of making the textile sizing material not spinning and breaking.

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯及其制备方法和应用
本专利技术涉及化工领域，特别是，涉及一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯及其制备方法和应用。
技术介绍
纺织浆料是纺织纤维前处理过程中所用到的具有粘稠作用的天然和人工合成的水溶或水分散性高分子聚合物的统称，这些聚合物在水中能够均匀混合，煮浆后保持稳定分散，纺丝过程中均匀地包附于纺织纤维表面，使得纤维在纺丝过程中不断丝、不起毛，且纺丝工序完成后易于在碱水中快速退浆。常规的纺织浆料主要成分包括淀粉及其衍生物、聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸或聚酯类粘合剂、后上蜡助剂、防霉剂、吸湿剂等。目前市场主流产品如聚乙烯醇、水性丙烯酸等产品由于耐磨性及强度较差，与淀粉质量配比比例一般在1:4～1:2之间，用量较多，原材料及运输成本较高，且造成了后续废液处理的难题。水性聚氨酯作为一种低VOC的新型环保产品，与聚乙烯醇、水性丙烯酸酯分散体相比，其成膜物具有强度高、弹性好、耐磨性佳的优点。但传统的阴离子型水性聚氨酯具有以下缺陷：a、对pH值较为敏感，在水中稀释20～100倍后稳定性较差，纺织浆料所使用的改性淀粉、聚乙烯醇、部分填料助剂等通常呈弱酸性，常规的阴离子型水性聚氨酯与之混合后易破乳团聚后形成絮状物，严重影响煮浆的分散效果与纺纱效率；b、由于水性聚氨酯亲水性较聚乙烯醇、水性丙烯酸酯分散体差，因此后处理退浆效率较低；c、传统的阴离子型水性聚氨酯价格较聚乙烯醇、丙烯酸树脂昂贵，在较低用量时与聚乙烯醇等相比对纺丝效率提高并不明显，导致水性聚氨酯在纺织浆料行业的推广规模较小。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其可以作为组分之一应用于纺织浆料中，能够在稀释至20～100倍的情况下稳定分散在中性乃至弱酸性(pH＝5～7)的纺织浆料中，具有使纺织浆料在纺纱过程中不易起毛断丝的作用。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术包括一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，由以下各重量份组分制得：优选的，所述非离子型亲水单体为聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐三硬脂酸酯、聚氧乙烯单硬脂酸酯中的一种或几种。优选的，所述聚醚二元醇为聚醚N-205、聚醚N-210、聚醚N-220、聚醚N-330中的一种或几种。优选的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性MDI中的一种或几种。优选的，所述扩链剂为甲基二乙醇胺。所述中和酸为乙酸、2-羟基丙酸、丁酸中的一种或几种。本专利技术还包括一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯的制备方法，包括：1)将非离子型亲水单体和聚醚二元醇升温至100℃～125℃后进行真空脱水处理；2)将步骤1)中真空脱水处理后的产物降温至50℃～60℃，一次性加入二异氰酸酯后进行保温处理；3)将步骤2)中保温处理后的产物降温至30℃～40℃，滴加入含扩链剂的丙酮溶液，滴加完毕后加入中和酸搅拌，然后在高速分散下加入去离子水进行乳化处理；4)将所述步骤3)中乳化处理后的产物升温至60℃～75℃，真空条件下抽除丙酮，即得。进一步的，所述步骤3)可替换为，降温至30℃～40℃，滴加入含扩链剂的丙酮溶液，滴加完毕后加入中和酸搅拌，然后在高速分散下加入去离子水中进行乳化处理；或，降温至30℃～40℃，滴加入含扩链剂的丙酮溶液，滴加完毕后，在高速分散下加入含中和酸的去离子水溶液中进行乳化处理。进一步的，所述步骤1)中，真空脱水处理具体为真空脱水1.5-2.5h，真空度在0.08～1.0MPa之间；所述步骤2)中，保温处理具体为50℃～70℃下保温2.5-3.5h；所述步骤3)中，含扩链剂的丙酮溶液为含扩链剂质量浓度为7.5％～15％的丙酮溶液，含扩链剂的丙酮溶液的滴加时间为30min～1h，高速分散的搅拌速率为500～2000r/min；所述步骤4)中，真空条件具体为真空度在0.04～1.0MPa之间。本专利技术还包括阳离子-非离子混合型水性聚氨酯在纺织浆料中的应用。本专利技术还包括一种纺织浆料的制备方法，包括：a)向反应瓶中加入去离子水，在搅拌状态下加入纺织浆料用淀粉，其中搅拌速率为120～240r/min，搅拌时间为5～10min；b)将阳离子-非离子型水性聚氨酯加入反应瓶中，升温至95℃～100℃，煮浆20-40min，即得。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其可以作为组分之一应用于纺织浆料中，能够在稀释至20～100倍的情况下稳定分散在中性乃至弱酸性(pH＝5～7)的纺织浆料中，具有使纺织浆料在纺纱过程中不易起毛断丝的作用。本专利技术中阳离子-非离子型水性聚氨酯制备的纺织浆料制备工艺相对简单，且易操作。由于阳离子-非离子型水性聚氨酯是粘稠液体，在水中极易分散均匀，整个煮浆过程只需要40min～1h，大大节省了人力物力；由于浆料粘度低，输送便捷，对管道等设备的要求相应较低；同时阳离子-非离子型水性聚氨酯的用量较聚乙烯醇低，因此产生的废液较易处理，属于环保型材料。附图说明图1为聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯(Tween60)的分子式；图2为本专利技术中阳离子-非离子混合型水性聚氨酯的“核壳结构”示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术包括本专利技术涉及一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，由以下各重量份组分制得：非离子型亲水单体18～30份，聚醚二元醇30％～50％，二异氰酸酯20％～35％，扩链剂4～7份，中和酸2～6份。优选的，所述非离子型亲水单体为聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯(Tween60)、聚氧乙烯山梨醇酐三硬脂酸酯(Tween65)、聚氧乙烯单硬脂酸酯。如图1、2所示，Tween60是一种非离子型乳化剂，其含有非离子型聚氧乙烯基团-CH2CH2-O-，同时含有硬脂酸-C18H38憎水基团和能够与异氰酸酯反应的羟基-OH基团。Tween65、聚氧乙烯单硬脂酸酯与Tween60的结构特点相似，均含有非离子型亲水聚氧乙烯基团-CH2CH2-O-，且有长链烷烃憎水基团。非离子型亲水单体参与聚氨酯合成时，一方面在聚氨酯分子链段中引入聚氧乙烯-CH2CH2-O-基团，提高了分子链段的亲水性，从而组成非离子型水性聚氨酯“核壳结构”中的“壳结构”组分之一，同时扩链剂甲基二乙醇胺被酸中和后形成了季铵盐阳离子，组成了阳离子水性聚氨酯的“核壳结构”中的“壳结构”组分之一，两者共同组成了非离子-阳离子混合型水性聚氨酯的亲水相，并溶解入水中；另一方面，硬脂酸-C18H38等憎水基团与聚氨酯主链中相同的憎水基团，如氨酯键共同组成了“核壳结构”中的“核结构”组分，进而制得了具有“核壳结构”的能够在pH＝5～7的纺织浆料中稳定分散的阳离子-非离子混合型水性聚氨酯。在pH值5～7的弱酸性至中性纺织浆料中，体系中含有较多阳离子的H+，非离子-阳离子水性聚氨酯含有季铵盐型阳离子，季铵盐型阳离子与浆料体系中的H+同种电荷相互排斥，从而稳定分散；同时非离子型亲水基团的亲水性完全不受H+及pH值影响，因此非离子-阳离子混合型水性聚氨酯相比较于普通的阴离子型水性聚氨酯，能够在稀释至20～100倍的情况下稳定分散在中性乃至弱酸性的纺织本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳离子‑非离子混合型水性聚氨酯，其特征在于，由以下各重量份组分制得：

【技术特征摘要】
1.一种阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其特征在于，由以下各重量份组分制得：2.如权利要求1所述的阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其特征在于，所述非离子型亲水单体为聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐三硬脂酸酯、聚氧乙烯单硬脂酸酯中的一种或几种。3.如权利要求1所述的阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其特征在于，所述聚醚二元醇为聚醚N-205、聚醚N-210、聚醚N-220、聚醚N-330中的一种或几种。4.如权利要求1所述的阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其特征在于，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性MDI中的一种或几种。5.如权利要求1所述的阳离子-非离子混合型水性聚氨酯，其特征在于，所述扩链剂为甲基二乙醇胺，所述中和酸为乙酸、2-羟基丙酸、丁酸中的一种或几种。6.权利要求1～5任一项所述阳离子-非离子混合型水性聚氨酯的制备方法，包括：1)将非离子型亲水单体和聚醚二元醇升温至100℃～125℃后进行真空脱水处理；2)将步骤1)中真空脱水处理后的产物降温至50℃～60℃，一次性加入二异氰酸酯后进行保温处理；3)将步骤2)中保温处理后的产物降温至30℃～40℃，滴加入含扩链剂的丙酮溶液，滴加完毕后加入中和酸搅拌，然后在高速分散下加入去离子水进行乳化处理；4)将所述步骤3)中乳化处理后的产物升温至60℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟小青，曹亚成，张玉兴，营飞，勾运书，
申请(专利权)人：中海油常州涂料化工研究院有限公司，中海油能源发展股份有限公司，中海油常州环保涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32