一种防水透湿用水性聚氨酯分散体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种用于防水透湿织物涂层用水性聚氨酯分散体及其制备方法和用途。该水性聚氨酯分散体通过特殊小分子扩链剂在主链上引入聚集成簇的强亲水性羟基侧基，并通过它与支链上弱亲水性醚键形成协同作用，从而有利于织物中水分由内向外的单向运动，平衡了水压和透湿相互制约的问题，同时获得了良好的防水和透湿性能。

Waterborne moisture permeable polyurethane dispersion and preparation method and use thereof

The invention provides a waterborne polyurethane dispersion for waterproof and moisture permeable fabric coating, a preparation method and a use thereof. The waterborne polyurethane dispersions introduce clusters of strong hydrophilic hydroxyl side groups into the main chain through special small molecular chain extenders and form synergistic effect with weak hydrophilic ether bonds on the branched chains, thus facilitating the unidirectional movement of water in the fabric from inside to outside, balancing the restriction of water pressure and moisture permeability. It has good waterproof and moisture permeability.

【技术实现步骤摘要】
一种防水透湿用水性聚氨酯分散体及其制备方法和用途
本专利技术属于水性聚氨酯材料领域，具体涉及一种防水透湿用水性聚氨酯分散体及其制备方法和用途。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，户外运动增多，对户外运动服装的要求越来越高，防水透湿是一大趋势。聚氨酯树脂是目前常用的防水透湿性树脂，但目前防水透湿性聚氨酯树脂还存在透湿性较差的问题。研究发现人在活动时的排汗量为11500g/24h，织物大约需要4000g/m2/24h的对应透湿量；同时，为了达到理想的防水效果，还要求织物的静水压不得低于5.58KPa。织物耐静水压值的提高，往往会造成透湿量的下降。因此，在保证涂层织物具有一定耐静水压性能的前提下，如何提高透湿量就成为了相关研究者关注的焦点。国内外研究者通过在分子链上引入亲水链段或基团等技术，制备了防水透湿型水性聚氨酯涂层剂，特别是低VOC的水性聚氨酯涂层剂，但是亲水链段或基团的引入也会带来防水性能的下降。US6613867公开了一种透湿性水性聚氨酯的制备方法，A组分为双官能团的异氰酸酯，B组分为乙二醇、二乙二醇、1,3-丙二醇，C组分为分子量小于400的二醇、二胺、氨基醇，D组分为乙氧基醇或者乙氧基/丙氧基共聚醇。US2011312237A1公开了一种具有透湿性能热塑性水性聚氨酯树脂的制备方法，采用共聚多元醇和聚乙氧基二醇作为软段(其中共聚多元醇为乙氧基和C3-C6烷氧基的共聚物)，两种软段中聚乙氧基二醇70-97％、共聚多元醇3-30％。上述使用聚乙二醇作为透气层的水性聚氨酯的缺点是制备的乳液粘度比较大，施工工艺差，并且树脂因不耐水解而使耐洗性能也较差。CN10883803公开了一种用含聚氧乙烯侧链的多元醇作为亲水单体，用PEG1000作为软段，来制备的水性聚氨酯分散体，该分散体的透湿性能和机械强度较好，但是没有提高耐水压性能并且树脂粘度较大。上述已公开专利表明，目前防水透湿用水性聚氨酯树脂大多在主链上采用聚乙氧基二元醇，或者在侧链上引入亲水的基团。但是，实验也发现，当乙氧基(-EO-)亲水基团在主链上时，-EO-链段虽然能起到很好的传递水分子的透湿作用，但由于其自身的亲水性，随着主链上-EO-链段的增加，树脂的耐水压性能下降明显。当亲水的-EO-基团在侧链上时，虽然耐水压和透湿性可以得到一定的平衡，但在提高透湿性能时，耐水压性能往往会受到影响。因此，在保证一定耐水压性能的情况下，如何提高透湿性，并保持织物多次水洗后性能不显著下降，这些需求都对相关研究者提出了新的挑战。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种新型的防水透湿用水性聚氨酯分散体。该分散体通过特殊小分子扩链剂在主链上引入聚集成簇的强亲水性羟基侧基，并通过它与支链上弱亲水性醚键形成协同作用，有利于织物中水分由内向外的单向运动，平衡了水压和透湿相互制约的问题，从而可以同时获得良好的防水和透湿性能。本专利技术的另一目的在于提供所述水性聚氨酯防水透湿性分散体的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供所述防水透湿用水性聚氨酯分散体的应用。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种防水透湿涂层用水性聚氨酯分散体，包含以下原料制备：a、至少两种二异氰酸酯，加入量19-29wt％，优选22-25wt％；b、至少两种聚醚二元醇和/或聚酯二元醇，加入量28-41wt％，优选32-38wt％；c、至少一种官能度≥3的聚醚或聚酯多元醇，加入量10-20wt％，优选10.5-15wt％；d、至少一种含有活泼氢的小分子多元醇扩链剂，加入量0.5-4wt％，优选1.5-3wt％；e、至少一种含有活泼氢的非离子亲水扩链剂，加入量14-30wt％，优选20-25wt％；f、至少两种含有活泼氢的小分子多元胺扩链剂，加入量3.8-5.3wt％，优选4-5wt％；g、至少两种助剂，包含抗氧剂、光稳定剂和紫外吸收剂中的两种或多种，加入量0.2-2.0wt％，优选0.4-1.0wt％；上述原料重量以水性聚氨酯树脂固含重量计。本专利技术中，组分a选自脂肪族和/或脂环族异氰酸酯，优选为异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯中的两种或多种，更优选二环己基甲烷二异氰酸酯和1,6-己基二异氰酸酯。两种异氰酸酯可以协同反应，便于分散体分子结构设计及分子量控制，从而使分散体的综合性能更佳。本专利技术中，组分b选自聚四氢呋喃二元醇、聚乙二醇二元醇、聚丙二醇二元醇和聚乙二醇-丙二醇二元醇中的两种或多种；优选数均分子量为300～3000的聚丙二元醇和/或聚四氢呋喃二元醇中的两种或多种；更优选一种数均分子量为1500～2500的聚丙二元醇和两种数均分子量为1000～2500的不同分子量聚四氢呋喃二元醇的混合物，其中聚丙二元醇和聚四氢呋喃二元醇混合物质量比为0.2:1～0.7:1。聚丙二元醇成本低、反应温和，聚四氢呋喃二元醇性能优异，两者搭配使用可以满足批量化生产的要求。本专利技术中，组分c优选聚醚多元醇，更优选分子量2000和3000的聚丙三醇，最优选分子量3000的聚丙三醇。从分子架构和分子量控制出发引入三官的聚丙三醇，在获得良好织物手感的同时，还可以明显提升织物耐水压性能。本专利技术中，组分d分子量为30-200；选自1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇和1,4-环己烷二甲醇中的一种或多种，优选1,4-丁二醇和/或1,6-己二醇。本专利技术中，组分e分子量为500-3000；选自TegoChemie公司的D-3403、Perstrop公司的YmerTMN120和韩国乐天公司的MPEG1200中的一种或多种，优选Perstrop公司的YmerTMN120。通过N120等在分子侧链引入醚键，弱亲水的醚键可以与扩链剂中强亲水的羟基形成协同作用，从而有效平衡水压和透湿性之间相互制约的问题。本专利技术中，组分f分子量为30-300；选自乙二胺、六亚甲基二胺、4,4-二苯基甲烷二胺、羟乙基乙二胺、二正丁胺、异佛尔酮二胺和1,3-双[(三羟甲基)甲基氨基]丙烷中的两种或多种，优选1,3-双[(三羟甲基)甲基氨基]丙烷和乙二胺的混合物，或1,3-双[(三羟甲基)甲基氨基]丙烷和异佛尔酮二胺的混合物；其中1,3-双[(三羟甲基)甲基氨基]丙烷的结构式为：引入的1,3-双[(三羟甲基)甲基氨基]丙烷结构中含有6个强亲水的羟基侧基，主链中该扩链剂所在的位置就聚集了成簇的羟基，能够与水形成较强的氢键作用，吸附水分，为水分子的传导提供了一个有效通道，有利于水分由内向外的单向运动，明显提高树脂的透湿性能，同时通过调整扩链剂加入量可以获得不同的透湿性能。本专利技术中，组分g选自受阻胺、受阻酚中的两种或多种，优选抗氧剂1010和光稳定剂292的组合。本专利技术中，制备树脂时需加入催化剂，催化剂包括但不限于有机铋或者有机锌催化剂，优选美国领先的有机铋催化剂8108，添加量为公知的催化剂量。本专利技术中，所述分散体的固含为30～45wt％，优选35-40wt％，分散体的粒径为30～100nm，优选40～80nm。本专利技术中的制备方法包含以下制备步骤：(1)组分a、b、c、e混合反应，生成异氰酸酯封端的预聚物，反应温度75-85℃；(2)预聚物中加入组分d、丙酮、催化剂进行反应，进一步增加预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防水透湿涂层用水性聚氨酯分散体，包含以下原料反应制备：a、至少两种二异氰酸酯，加入量19‑29wt％，优选22‑25wt％；b、至少两种聚醚二元醇和/或聚酯二元醇，加入量28‑41wt％，优选32‑38wt％；c、至少一种官能度≥3的聚醚或聚酯多元醇，加入量10‑20wt％，优选10.5‑15wt％；d、至少一种含有活泼氢的小分子多元醇扩链剂，加入量0.5‑4wt％，优选1.5‑3wt％；e、至少一种含有活泼氢的非离子亲水扩链剂，加入量14‑30wt％，优选20‑25wt％；f、至少两种含有活泼氢的小分子多元胺扩链剂，加入量3.8‑5.3wt％，优选4‑5wt％；g、至少两种助剂，包含抗氧剂、光稳定剂和紫外吸收剂中的两种或多种，加入量0.2‑2.0wt％，优选0.4‑1.0wt％；上述原料重量以水性聚氨酯树脂固含重量计。

【技术特征摘要】
1.一种防水透湿涂层用水性聚氨酯分散体，包含以下原料反应制备：a、至少两种二异氰酸酯，加入量19-29wt％，优选22-25wt％；b、至少两种聚醚二元醇和/或聚酯二元醇，加入量28-41wt％，优选32-38wt％；c、至少一种官能度≥3的聚醚或聚酯多元醇，加入量10-20wt％，优选10.5-15wt％；d、至少一种含有活泼氢的小分子多元醇扩链剂，加入量0.5-4wt％，优选1.5-3wt％；e、至少一种含有活泼氢的非离子亲水扩链剂，加入量14-30wt％，优选20-25wt％；f、至少两种含有活泼氢的小分子多元胺扩链剂，加入量3.8-5.3wt％，优选4-5wt％；g、至少两种助剂，包含抗氧剂、光稳定剂和紫外吸收剂中的两种或多种，加入量0.2-2.0wt％，优选0.4-1.0wt％；上述原料重量以水性聚氨酯树脂固含重量计。2.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，组分a选自脂肪族和/或脂环族异氰酸酯，优选为异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯中的两种或多种，更优选二环己基甲烷二异氰酸酯和1,6-己基二异氰酸酯。3.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，组分b选自聚四氢呋喃二元醇、聚乙二醇二元醇、聚丙二醇二元醇和聚乙二醇-丙二醇二元醇中的两种或多种；优选数均分子量为300～3000的聚丙二元醇和/或聚四氢呋喃二元醇中的两种或多种；更优选一种数均分子量为1500～2500的聚丙二元醇和两种数均分子量为1000～2500的不同分子量聚四氢呋喃二元醇的混合物，其中聚丙二元醇和聚四氢呋喃二元醇混合物质量比为0.2:1～0.7:1。4.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，组分c优选聚醚多元醇，更优选数均分子量2000和3000的聚丙三醇，最优选数均分子量3000的聚丙三醇。5.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，组分d数均分子量为30-200；选自1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘姗，赵炳焱，王萃萃，张洁，邓俊英，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，万华化学宁波有限公司，上海万华科聚化工科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37