一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其无溶剂制备方法技术

本发明专利技术提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其无溶剂制备方法，属于水性聚氨酯合成新材料领域。该方法先在反应釜温度中加入二异氰酸酯、聚合物二元醇、抗氧剂、催化剂、小分子二元醇和亲水扩链剂，得到第一中间体；然后将第一中间体放入到第二反应釜中，加入磺酸盐型多元胺亲水扩链剂，得到第二中间体；往第二中间体中加入小分子二元醇，得到第三中间体；将第三中间体加入到第三分散反应釜中，加入去离子水以及中和剂，得到磺酸型水性聚氨酯乳液。本发明专利技术还提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液。本发明专利技术得到的水性聚氨酯的分子量较高，具有优异的机械性能，水性聚氨酯的断裂伸长率可以高达630‑1020％，拉伸强度高达55‑68MPa。

Sulfonic waterborne polyurethane emulsion and solvent free preparation method thereof

The invention provides a sulfonic waterborne polyurethane emulsion and a solvent free preparation method thereof, which belongs to the field of waterborne polyurethane synthesis. The first intermediate was obtained by adding diisocyanate, polymer diol, antioxidant, antioxidant, catalyst, small molecular diol and hydrophilic chain extender to the reactor temperature, and then the first intermediate was put into the second reaction kettle and the sulfonate polyamine hydrophilic extender was added to get the second intermediate; to second. The intermediate is added to the intermediate, and the third intermediate is obtained. The third intermediate is added to the third dispersing reactor, and the deionized water and neutralizer are added to the sulfonic waterborne polyurethane emulsion. The invention also provides a sulfonic water-borne polyurethane emulsion. The molecular weight of the waterborne polyurethane obtained by the invention has high molecular weight and excellent mechanical properties. The elongation at break of waterborne polyurethane can be as high as 630 and 1020%, and the tensile strength is up to 55 68MPa.

【技术实现步骤摘要】
一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其无溶剂制备方法
本专利技术属于水性聚氨酯合成新材料领域，尤其涉及一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其无溶剂制备方法。
技术介绍
水性聚氨酯是一类以水作为分散介质，在生产和使用过程中没有挥发性以及毒性较大的“五苯、三醛”，不会对环境造成污染，不会对操作人员健康造成危害，具有无毒，无味，不燃，不爆，安全的特点。传统的水性聚氨酯大多为羧酸型水性聚氨酯，然而，该类水性聚氨酯存在的问题是高固含量比较难以合成，而且为了得到优异的水分散性，往往需要加入的羧酸型亲水扩链剂超过6.5％，这样必然导致耐水性变差。磺酸型水性聚氨酯往往含有氨基基团，这样在反应过程中，往往需要加入大量的惰性稀释剂，这样不但会增加有机溶剂的添加量，而且会降低反应效率。无溶剂方法制备水性聚氨酯乳液，近年来也都到了一些研究，为了使反应平稳进行，往往需要提高反应温度，然而，反应温度的提高，会使得磺酸盐加入后，导致产物凝胶，无法得到产品。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的无溶剂方法制备水性聚氨酯乳液存在的磺酸盐无法加入，影响产品性能的问题，而提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其无溶剂制备方法。本专利技术首先提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，包含如下步骤：步骤一：氮气保护下，将反应釜温度升高到140～240℃，加入二异氰酸酯、聚合物二元醇、抗氧剂、催化剂、小分子二元醇和亲水扩链剂，熔融，搅拌15-90min，得到第一中间体；步骤二：将步骤一得到的第一中间体放入到第二反应釜中，第二反应釜的温度控制在60-75℃，然后加入磺酸盐型多元胺亲水扩链剂，反应时间为5-10min,得到第二中间体；步骤三、往步骤二得到的第二中间体中加入小分子二元醇，温度升高到160-240℃，反应15-30min，得到第三中间体；步骤四、将步骤三得到的第三中间体加入到第三分散反应釜中，反应温度控制在30～50℃，然后加入去离子水以及中和剂，反应30-180min，得到磺酸型水性聚氨酯乳液。优选的是，所述的二异氰酸酯选自4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯亚甲基二异氰酸酯、1,5-奈二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛二酮二异氰酸酯、氢化4,4-二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。优选的是，所述的聚合物二元醇选自聚醚二元醇或聚酯二元醇中的一种。优选的是，所述的聚醚二元醇选自聚四氢呋喃二元醇、聚氧化丙烯二元醇或聚氧化乙烯二元醇的一种，其分子量为2000-5000Da,聚醚二元醇的含水量在300ppm以下。优选的是，所述的聚酯二元醇选自聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸己二醇新戊二醇酯二醇或聚己內酯二醇中的一种，其分子量范围为2000-5000，聚酯二元醇含水量在300ppm以下。优选的是，所述的抗氧剂选自巴斯夫公司生产的型号为Irganox1010、Irgafos168或者Irganox1076中的一种。优选的是，所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或者二羟甲基丁酸中的一种。优选的是，所述的磺酸盐型多元胺亲水扩链剂为2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠盐、2,4-二氨基苯磺酸钠或3-(五聚(1-(氨丙氧基)丙基)氨基)丙基-1-磺酸钠。优选的是，所述的二异氰酸酯、聚合物二元醇、抗氧剂、催化剂、小分子二元醇、亲水扩链剂、磺酸盐型多元胺亲水扩链剂、去离子水和中和剂的重量比为(20-30)：(80-120)：(0.3-0.5)：(0.05-0.1)：(2.5-4.2)：(2.8-4.5)：(0.4-1.2)：(110-170)：(4.5-7.2)。本专利技术还提供上述制备方法得到的磺酸型水性聚氨酯乳液。本专利技术的有益效果1)本专利技术提供一种水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，该制备工艺通过加入磺酸盐亲水扩链剂来降低亲水基含量，提高水性树脂的耐水性。2)本专利技术降低了亲水扩链剂加入时的反应温度，保证了产品的顺利聚合，完成了无溶剂磺酸型水性聚氨酯的合成。3)该制备工艺得到的水性聚氨酯的分子量较高，具有优异的机械性能，水性聚氨酯的断裂伸长率可以高达630-1020％，拉伸强度高达55-68MPa。具体实施方式本专利技术提供一种水性聚氨酯乳液的无溶剂法制备方法，包含如下步骤：步骤一：氮气保护下，将反应釜温度升高到140～240℃，加入二异氰酸酯、聚合物二元醇、抗氧剂、催化剂、小分子二元醇和亲水扩链剂，熔融，搅拌15-90min，得到第一中间体；步骤二：将步骤一得到的第一中间体放入到第二反应釜中，第二反应釜的温度控制在60-75℃，然后加入磺酸盐型多元胺亲水扩链剂，反应时间为5-10min,得到第二中间体；步骤三、往步骤二得到的第二中间体中加入小分子二元醇，温度升高到160-240℃，反应15-30min，得到第三中间体；步骤四、将步骤三得到的第三中间体加入到第三分散反应釜中，反应温度控制在30～50℃，然后加入去离子水以及中和剂，反应30-180min，得到磺酸型水性聚氨酯乳液。按照本专利技术，所述的二异氰酸酯优选选自4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、苯亚甲基二异氰酸酯(XDI)、1,5-奈二异氰酸酯(NDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛二酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(H12MDI)中的一种或几种。按照本专利技术，所述的聚合物二元醇选自聚醚二元醇或聚酯二元醇中的一种。所述的聚醚二元醇优选选自聚四氢呋喃二元醇、聚氧化丙烯二元醇或聚氧化乙烯二元醇的一种，其分子量为2000-5000Da,且所述的聚醚二元醇的水分在300ppm以下；由于磺酸盐型多元胺亲水扩链剂的加入，增加了整个分子链的硬度，因而，要求聚合物多元醇分子量范围较小，否则会出现冷粘热脆的问题，当分子量低于2000Da时，得到的产物比较脆，拉伸强度较大，但是断裂伸长率较小，水性树脂一拉就断；当分子量高于5000Da时，得到的水性聚氨酯的断裂伸长率比较大，但是拉伸强度太小了，不能满足使用；所以本专利技术要严格控制聚醚二元醇的分子量，在分子量较小和较大时，都会影响水性树脂的机械性能。按照本专利技术，所述的聚酯二元醇优选选自聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸己二醇新戊二醇酯二醇或聚己內酯二醇中的一种，其分子量范围为2000-5000Da，且所述的聚酯二元醇水分在300ppm以下，当分子量低于2000Da时，得到的产物比较脆，拉伸强度较大，但是断裂伸长率较小，水性树脂一拉就断；当分子量高于5000Da时，得到的水性聚氨酯的断裂伸长率比较大，但是拉伸强度太小了，不能满足使用；所以本专利技术要严格控制聚醚二元醇的分子量，在分子量较小和较大时，都会影响水性树脂的机械性能。按照本专利技术，所述的抗氧剂优选选自巴斯夫公司生产的型号为Irganox1010、Irgafos168或者Irganox1076中的一种。本专利技术通过提高反应温度以降低聚合过程中粘度过高的难题，避免了惰性溶剂的使用，为了避免由于反应温度过高导致的聚氨酯分解的风险，加入抗氧剂来解决该问题。本专利技术抗氧剂的作用是在高温下保护了水性聚氨酯结构不会被氧化分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磺酸型水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一：氮气保护下，将反应釜温度升高到140～240℃，加入二异氰酸酯、聚合物二元醇、抗氧剂、催化剂、小分子二元醇和亲水扩链剂，熔融，搅拌15‑90min，得到第一中间体；步骤二：将步骤一得到的第一中间体放入到第二反应釜中，第二反应釜的温度控制在60‑75℃，然后加入磺酸盐型多元胺亲水扩链剂，反应时间为5‑10min,得到第二中间体；步骤三、往步骤二得到的第二中间体中加入小分子二元醇，温度升高到160‑240℃，反应15‑30min，得到第三中间体；步骤四、将步骤三得到的第三中间体加入到第三分散反应釜中，反应温度控制在30～50℃，然后加入去离子水以及中和剂，反应30‑180min，得到磺酸型水性聚氨酯乳液。

【技术特征摘要】
1.一种磺酸型水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一：氮气保护下，将反应釜温度升高到140～240℃，加入二异氰酸酯、聚合物二元醇、抗氧剂、催化剂、小分子二元醇和亲水扩链剂，熔融，搅拌15-90min，得到第一中间体；步骤二：将步骤一得到的第一中间体放入到第二反应釜中，第二反应釜的温度控制在60-75℃，然后加入磺酸盐型多元胺亲水扩链剂，反应时间为5-10min,得到第二中间体；步骤三、往步骤二得到的第二中间体中加入小分子二元醇，温度升高到160-240℃，反应15-30min，得到第三中间体；步骤四、将步骤三得到的第三中间体加入到第三分散反应釜中，反应温度控制在30～50℃，然后加入去离子水以及中和剂，反应30-180min，得到磺酸型水性聚氨酯乳液。2.根据权利要求1所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，其特征在于，所述的二异氰酸酯选自4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯亚甲基二异氰酸酯、1,5-奈二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛二酮二异氰酸酯、氢化4,4-二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，其特征在于，所述的聚合物二元醇选自聚醚二元醇或聚酯二元醇中的一种。4.根据权利要求3所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的无溶剂制备方法，其特征在于，所述的聚醚二元醇选自聚四氢呋喃二元醇、聚氧化丙烯二元醇或聚氧化乙烯二元醇的一种，其分子量为2000-5000Da,聚醚二元醇的含水量在300ppm以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振久，张恩綦，
申请(专利权)人：长春市三化实业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22