有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液及制法制造技术

本发明专利技术涉及有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液、其制法以及其用途。本发明专利技术的水性聚氨酯乳液具有适中的固含量、表面张力和粘度，且具有较好的粒径分布，并且通过本发明专利技术的水性聚氨酯乳液所形成的胶膜具有硬度高、机械性能优异、耐水性佳和表面能低的特点。

【技术实现步骤摘要】
有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液及制法
本专利技术涉及聚氨酯领域，更具体而言，涉及有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液及制法。
技术介绍
随着人们对环境保护、人体健康和水基材料质量要求的不断提高，综合运用多种改性方式，开发高档多功能的水性聚氨酯势在必行。由于水性聚氨酯材料的柔韧性、机械强度、耐磨性、黏接性、耐化学药品及耐久性等十分优异，因此其在各个行业取得了广泛应用。其中，有机硅改性的水性聚氨酯具有良好的低温柔顺性和介电性，且有机硅的表面富集性和憎水性可以提高聚氨酯材料的耐水性、耐候性。CN103450437A提供了一种使用有机硅氧烷改性水性聚氨酯制备羊毛柔软剂的方法。在该方法中，通过加入环氧硅氧烷，得到有机硅氧烷改性水性聚氨酯羊毛柔软剂。使用有机硅氧烷对水性聚氨酯改性而得到的柔软剂具有较好的稳定性和成膜性，可赋予织物更好的柔软度和外观。然而，通过环氧基团开环引入有机硅结构，硅含量较低，改性效果受限。CN105330813A公开了一种制革用有机硅改性水性聚氨酯的合成方法，通过端羟基硅油将有机硅引入水性聚氨酯的结构中，制得合成革用有机硅改性的水性聚氨酯分散体。将其应用于制革中，使得所制备的革具有耐黄变、耐水性好等优点。然而，在聚氨酯材料中引入端羟基硅油，虽然可获得较高硅含量的聚氨酯材料，但形成的Si-O-C键极易水解，得到的化合物在水中不稳定。CN102827340A公开了一种有机硅改性的水性聚氨酯复合材料及其应用。通过氨基硅氧烷与梯形聚倍半硅氧烷的化学反应制备出含氨基的聚硅氧烷，从而将有机硅引入水性聚氨酯的链结构中。制备的复合材料的耐水性、硬度及耐热性得到显著的提高。然而，制备含氨基的聚硅氧烷的反应工艺时间较长，效率较低，不适宜技术产品的广泛推广。鉴于现有水性聚氨酯材料仍存在一些不足，如通过现有水性聚氨酯材料制备的胶膜，其硬度低、机械性能差、耐水性差、表面能高，这限制了水性聚氨酯的进一步应用与发展，因此，仍需开发具有改进性能的水性聚氨酯产品。
技术实现思路
为此，一方面，本专利技术提供有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液，其由以下组分制备：多元醇，8-25重量％；有机硅多元醇，0.5-10重量％；异氰酸酯，8-25重量％；亲水扩链剂，1-5重量％；催化剂，0.01-0.08重量％；多官能化合物，0.1-2重量％；成盐剂，0.5-2.5重量％；水，30-80重量％；其中，各组分的重量百分比均基于水性聚氨酯乳液的总重量计，且各组分重量百分比之和为100重量％。在本专利技术中，水性聚氨酯乳液的固含量为20-50重量％，优选25-40重量％，更优选25-35重量％。在本专利技术中，水性聚氨酯乳液的粘度为100-1000mPa·s，优选100-800mPa·s，更优选200-500mPa·s。在本专利技术中，水性聚氨酯乳液液滴的中位粒径D50为200-630nm，优选250-500nm，更优选300-450nm，且粒径分布指数Span值大于0.1，小于1.2，优选大于0.2，小于1.0，更优选大于0.3，小于0.9。另一方面，本专利技术还提供一种制备上述有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液的方法，其包括以下步骤：(a)将多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂加入至反应器中，在50-100℃下反应1-5小时，得到聚氨酯化合物X；(b)将有机硅多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂加入至另一反应器中，在50-100℃下反应1-5小时，得到聚氨酯化合物Y；(c)将聚氨酯化合物X与聚氨酯化合物Y进行混合，加入有机溶剂并将所得混合物的粘度调节至50-500mPa·s，然后向其中加入多官能化合物，在50-100℃下反应1-5小时，得到水性聚氨酯预聚体；(d)将上述预聚体降温至30-70℃，加入成盐剂，进一步降低温度至20-30℃，加入水进行乳化，得到含有机溶剂的水性聚氨酯乳液；(e)除去水性聚氨酯乳液体系中引入的有机溶剂，得到最终的水性聚氨酯乳液。此外，本专利技术还提供上述水性聚氨酯乳液或由上述方法制备的水性聚氨酯乳液作为涂料的用途。通过本专利技术的水性聚氨酯乳液所形成的胶膜具有硬度高、机械性能优异、耐水性佳和表面能低的特点。具体实施方式在本专利技术中，如无相反说明，则所有操作均在室温、常压条件下实施。一方面，本专利技术提供有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液，其由以下组分制备：多元醇，8-25重量％；有机硅多元醇，0.5-10重量％；异氰酸酯，8-25重量％；亲水扩链剂，1-5重量％；催化剂，0.01-0.08重量％；多官能化合物，0.1-2重量％；成盐剂，0.5-2.5重量％；水，30-80重量％；其中，各组分的重量百分比均基于水性聚氨酯乳液的总重量计，且各组分重量百分比之和为100重量％。在本专利技术中，水性聚氨酯乳液的固含量为20-50重量％，优选25-40重量％，更优选25-35重量％，其中固含量按照GB/T1725-2007《色漆、清漆和塑料不挥发物含量的测定》测定。在本专利技术中，水性聚氨酯乳液的粘度可为100-1000mPa·s，优选100-800mPa·s，更优选200-500mPa·s，其中粘度按照GB/T2794-2013使用Brookfield粘度计(5号转子，25℃下)测定。在本专利技术中，水性聚氨酯乳液液滴的中位粒径D50可为200-630nm，优选250-500nm，更优选300-450nm，且粒径分布指数Span值可大于0.1，小于1.2，优选大于0.2，小于1.0，更优选大于0.3，小于0.9，其中乳液粒径通过激光粒度法使用激光粒度分布仪测定。在本专利技术中，所述多元醇与有机硅多元醇可相同或不同，优选不同。在本专利技术的一个优选实施方案中，异氰酸酯相对于多元醇和有机硅多元醇的重量之比可为：1：1.0-2.5，优选1：1.1-2.0。在本专利技术的一个优选实施方案中，有机硅多元醇的含量为0.5-10重量％，优选1.0-8.0重量％，更优选2.0-7.0重量％，基于水性聚氨酯乳液的总重量计。通过引入特定含量的有机硅材料，使得所制备的水性聚氨酯产品引入了有机硅材料的特性且不劣化原聚氨酯(即，未加入有机硅材料的聚氨酯)的特性。在本专利技术的一个优选实施方案中，多元醇与有机硅多元醇的重量比可为1：0.15-0.6，优选1：0.2-0.5，更优选1：0.2-0.45。在本专利技术的一个优选实施方案中，异氰酸酯：多元醇与有机硅多元醇之和：亲水扩链剂的重量比为1：1.0-2.5：0.1-0.6，优选1：1.1-2.0：0.2-0.4。在本专利技术的一个优选实施方案中，异氰酸酯化学计量过量于含NOC反应性基团的化合物，所述含NCO反应性基团的化合物为多元醇、有机硅多元醇和亲水扩链剂。在本专利技术中，还可以在上述水性聚氨酯乳液中加入本领域常规使用的其他添加剂，如表面活性剂、流平剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂等。此外，关于各组分的具体说明将在下文制备所述有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液的方法中作详细说明。另一方面，本专利技术还提供一种制备上述有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液的方法，其包括以下步骤：(a)将多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂加入至反应器中，在50-100℃下反应1-5小时，得到聚氨酯化合物X；(b)将有机硅多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂加入至另一反应器中，在50-100℃下反应1-5小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液，其由以下组分制备：多元醇，8‑25重量％；有机硅多元醇，0.5‑10重量％；异氰酸酯，8‑25重量％；亲水扩链剂，1‑5重量％；催化剂，0.01‑0.08重量％；多官能化合物，0.1‑2重量％；成盐剂，0.5‑2.5重量％；水，30‑80重量％；其中，各组分的重量百分比均基于水性聚氨酯乳液的总重量计，且各组分重量百分比之和为100重量％。

【技术特征摘要】
1.有机硅多元醇改性的水性聚氨酯乳液，其由以下组分制备：多元醇，8-25重量％；有机硅多元醇，0.5-10重量％；异氰酸酯，8-25重量％；亲水扩链剂，1-5重量％；催化剂，0.01-0.08重量％；多官能化合物，0.1-2重量％；成盐剂，0.5-2.5重量％；水，30-80重量％；其中，各组分的重量百分比均基于水性聚氨酯乳液的总重量计，且各组分重量百分比之和为100重量％。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其固含量为20-50重量％，优选25-40重量％，更优选25-35重量％。3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其中多元醇与有机硅多元醇的重量比为1：0.15-0.6，优选1：0.2-0.5，更优选1：0.2-0.45。4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其液滴的中位粒径D50为200-630nm，优选250-500nm，更优选300-450nm，且粒径分布指数Span值大于0.1，小于1.2，优选大于0.2，小于1.0，更优选大于0.3，小于0.9。5.一种制备权利要求1-4所述的水性聚氨酯乳液的方法，其包括以下步骤：(a)将多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂加入至反应器中，在50-100℃下反应1-5小时，得到聚氨酯化合物X；(b)将有机硅多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂加入至另一反应器中，在50-100℃下反应1-5小时，得到聚氨酯化合物Y；(c)将聚氨酯化合物X与聚氨酯化合物Y进行混合，加入有机溶剂并将所得混合物的粘度调节至50-500mPa·s，然后向其中加入多官能化合物，在50-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建森，郝伟，钱光磊，张玉春，
申请(专利权)人：优美特北京环境材料科技股份公司，
类型：发明
国别省市：北京,11