一种水性聚氨酯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：(1)将2,2‑二羟甲基丙酸和线性二元醇混合物的温度升至78～90℃后，向所述混合物中加入异佛尔酮二异氰酸酯，使体系中‑NCO和‑OH的摩尔比为2～3：1，保持温度不变，反应得到预聚物；(2)保持反应体系的温度不变，向所述预聚体中依次加入三乙胺和水，搅拌混匀后，将反应体系的温度降至常温，再次向反应体系中加入去离子水，得到预聚体乳液；(3)向所述预聚体乳液中加入乙二胺进行扩链，得到水性聚氨酯。本发明专利技术的方法，在制备过程中没有使用NMP或DMF之类的有毒有害的有机溶剂，与传统方法相比，更加安全和环保。

A preparation method of Waterborne Polyurethane

The invention discloses a preparation method of waterborne polyurethane, which comprises the following steps: (1) after raising the temperature of the mixture of 2,2 Dihydroxymethyl propionic acid and linear binary alcohol to 78-90 degrees C, isophorone diisocyanate is added to the mixture to make the molar ratio of NCO to OH in the system 2-3:1, keep the temperature unchanged, and react to obtain prepolymer; (2) keep the temperature of the reaction system. In addition, three ethylamines and water are added to the prepolymer, and the temperature of the reaction system is reduced to normal temperature after stirring and mixing. Then, the deionized water is added to the reaction system to obtain the prepolymer emulsion. (3) the ethylenediamine is added into the prepolymer emulsion to expand the chain to obtain the waterborne polyurethane. The method of the invention does not use toxic and harmful organic solvents such as NMP or DMF in the preparation process, and is safer and more environmentally friendly than the traditional method.

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯的制备方法
本专利技术属于高分子材料制备
，具体涉及一种水性聚氨酯的制备方法。
技术介绍
聚氨酯是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇和/或小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物，其作为一种特殊材料，广泛应用于涂料、粘合剂、密封剂、弹性体等领域。然而，在这些应用中溶剂型的聚氨酯占主导地位，溶剂型的聚氨酯会导致严重的挥发份有机化合物(VOC)的排放，不仅污染环境，还会危害人类的健康。随着人们环保意识的增强，环保型无VOC排放的水性聚氨酯已经成为发展的趋势。水性聚氨酯(简称WPU)不同于传统的溶剂型聚氨酯，是以水代替有机溶剂作为分散介质的一种环境友好型材料。目前工业上普遍采用丙酮法和预聚物混合法制备水性聚氨酯，虽然丙酮法在其可控性和普遍可行性方面具有优势，但在制备过程中需要加入大量的助溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等来溶解DMPA，减小聚合物的粘度；但NMP和DMF是有毒、有害的溶剂，很难从制备出的水性聚氨酯中除去，在使用过程中会导致大量的挥发份有机化合物排放。预聚物混合法中由于聚氨酯的扩链在水中进行，所以使用的溶剂较少，但仍需要使用20％的有机溶剂，以保证水性聚氨酯的成功分散，在使用过程中仍有较多的VOC排放。因此，需要一种无VOC排放、更环保的方法制备水性聚氨酯。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种水性聚氨酯的制备方法，该方法制备过程中不含有毒有害的助溶剂，全程无VOC、更加安全、环保。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：S1.将2,2-二羟甲基丙酸和线性二元醇混合物的温度升至78～90℃后，向所述混合物中加入异佛尔酮二异氰酸酯，使体系中-NCO和-OH的摩尔比为2～3：1，保持温度不变，反应得到预聚物；S2.保持反应体系的温度不变，向所述预聚体中依次加入三乙胺和水，搅拌混匀后，将反应体系的温度降至常温，再次向反应体系中加入去离子水，得到预聚体乳液；S3.向所述预聚体乳液中加入乙二胺进行扩链，得到水性聚氨酯。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：1、本专利技术提供的水性聚氨酯的制备方法，在制备过程中没有使用NMP或DMF之类的有毒有害的有机溶剂，与丙酮法和预聚物混合法相比，更加安全和环保；2、本专利技术提供的水性聚氨酯的制备方法，通过原料的种类以及调整异氰酸基和羟基的比例和反应温度等参数，不仅解决2,2-二羟甲基丙酸难溶解的问题，且不需要加有机溶剂就能解决反应过程中反应体系粘度大的问题；反应中的各个步骤紧密结合，相互协同作用，使制得的水性聚氨酯储存稳定性和力学性能等综合性能更优异；3、本专利技术提供的水性聚氨酯的制备方法，操作简单、成本低廉，使用范围广，适宜于工业化生产。附图说明图1是本专利技术合成水性聚氨酯的合成路线图；图2是实施例2中制得的水性聚氨酯的红外曲线图。具体实施方式本实施例提供了一种水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：(1)预聚物形成阶段：将2,2-二羟甲基丙酸(简称DMPA)和线性二元醇加入装有机械搅拌器、温度计的四口烧瓶中，DMPA和线性二元醇在搅拌、氮气保护的条件下油浴加热，当烧瓶中混合物的温度达到78～90℃时，向混合物中加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，保持温度不变，继续在78～90℃条件下反应至体系中的NCO％含量为5.88％左右，得到预聚物，其中，-NCO和-OH的摩尔比为2～3：1；(2)预聚物分散阶段：保持混合物的温度不变，向步骤(1)的预聚体中加入三乙胺(TEA)，保温反应8～12min后，在此温度下，向反应体系中加入适量去离子水，搅拌使预聚物分散在去离子水中，以降低预聚物的粘度；再将四口烧瓶中的混合物的温度降至常温，再次向反应体系中加入适量去离子水，搅拌混匀后得到预聚物乳液；(3)链延伸阶段：向步骤(2)中的预聚物乳液中加入乙二胺(EDA)，乙二胺在常温下与反应体系中残留的-NCO进行扩链反应，得到水性聚氨酯。在一些优选实施方式中，步骤(1)中-NCO和-OH的摩尔比为2：1；在该用量比下，能充分溶解DMPA，使反应物充分进行，且得到的产品的力学性能更优。在一些优选实施方式中，线性二元醇为分子量为1000～5000的线性二元醇。在一些优选实施方式中，线性二元醇为聚四氢呋喃二醇(PTMG)、聚碳酸酯二元醇(PCDL)、聚乙二醇(PEG)或聚己二酸丁二醇酯(PBA)中的任意一种；更优选的，线性二元醇为聚四氢呋喃二醇。在一些优选实施方式中，步骤(1)中DMPA和线性二元醇反应温度为78～82℃；在该温度范围下，可以防止异佛尔酮二异氰酸酯凝胶或自聚，并能保证DMPA充分溶解，得到的产品的性能更佳；更优选的，步骤(1)中DMPA和线性二元醇反应温度为80℃。在一些优选实施方式中，线性二元醇和DMPA的摩尔比为1：1.37～1.44。在一些优选实施方式中，三乙胺和DMPA的质量比为1：1.3～1.4。在一些优选实施方式中，乙二胺和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为1：16～17。上述步骤(1)中用反滴定法测定NCO％，确定了该步骤反应的终点。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术提供的水性聚氨酯的制备方法进行进一步详细说明。本专利技术中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买所得。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：本专利技术的实施例1提供了一种水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：(1)预聚物形成阶段：将1.128gDMPA和12g分子量为2000的聚四氢呋喃二醇加入装有机械搅拌器、温度计的四口烧瓶中，DMPA和聚四氢呋喃二醇在搅拌、氮气保护的条件下油浴加热，当烧瓶中混合物的温度达到80℃时，向混合物中加入6.4g异佛尔酮二异氰酸酯，继续在80℃条件下反应至体系中的NCO％含量为5.88％左右，得到预聚物；(2)预聚物分散阶段：向步骤(1)的预聚体中加入0.85g三乙胺，在80℃保温反应10min后，以中和预聚物中的-COOH，然后在此温度下，向反应体系中加入18ml的去离子水，搅拌30s使预聚物分散在去离子水中，以降低预聚物的粘度；再快速移去油浴锅，将四口烧瓶中的混合物的温度降至常温，再次向反应体系中加入30ml去离子水，搅拌3min，使反应体系冷却并彻底分散预聚物，得到预聚物乳液；(3)链延伸阶段：向步骤(2)中的预聚物乳液中加入0.384g乙二胺，与反应体系中残留的-NCO扩链反应2h，得到水性聚氨酯。实施例2：本专利技术的实施例2提供了一种水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：(1)预聚物形成阶段：将1.128gDMPA和12g分子量为2000的聚四氢呋喃二醇加入装有机械搅拌器、温度计的四口烧瓶中，DMPA和聚四氢呋喃二醇在搅拌、氮气保护的条件下油浴加热，当烧瓶中混合物的温度达到80℃时，向混合物中加入9.6g异佛尔酮二异氰酸酯，继续在80℃条件下反应至体系中的NCO％含量为5.88％左右，得到预聚物；(2)预聚物分散阶段：向步骤(1)的预聚体中加入0.81g三乙胺，在80℃保温反应12min后，以中和预聚物中的-COOH，然后在此温度下，向反应体系中加入25ml的去离子水，搅拌30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将2,2‑二羟甲基丙酸和线性二元醇混合物的温度升至78～90℃后，向所述混合物中加入异佛尔酮二异氰酸酯，使体系中‑NCO和‑OH的摩尔比为2～3：1，保持温度不变，反应得到预聚物；S2.保持反应体系的温度不变，向所述预聚体中依次加入三乙胺和水，搅拌混匀后，将反应体系的温度降至常温，再次向反应体系中加入去离子水，得到预聚体乳液；S3.向所述预聚体乳液中加入乙二胺进行扩链，得到水性聚氨酯。

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将2,2-二羟甲基丙酸和线性二元醇混合物的温度升至78～90℃后，向所述混合物中加入异佛尔酮二异氰酸酯，使体系中-NCO和-OH的摩尔比为2～3：1，保持温度不变，反应得到预聚物；S2.保持反应体系的温度不变，向所述预聚体中依次加入三乙胺和水，搅拌混匀后，将反应体系的温度降至常温，再次向反应体系中加入去离子水，得到预聚体乳液；S3.向所述预聚体乳液中加入乙二胺进行扩链，得到水性聚氨酯。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中-NCO和-OH的摩尔比为2：1。3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述线性二元醇的分子量为1000～5000。4.根据权利要求3所述的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：易昌凤，程朝，李全涛，严正，邱少稳，陈奇，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42