一种水性聚氨酯及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种式(I)结构的水性聚氨酯，其中，R1选自C1～C30的烷基、C1～C30的环烷基、C6～C30的芳基中的一种或几种；R2选自聚醚二元醇或聚酯二元醇去除羟基所剩余的结构；R3为亲水性扩链剂去除羟基所剩余的结构；R4为小分子二醇扩链剂去除羟基所剩余的结构；所述小分子二醇扩链剂为含呋喃环二元醇。而本发明专利技术提供了一种新型水性主链含呋喃环聚氨酯，本发明专利技术通过在主链引入了呋喃环，同时含呋喃环二元醇化合物来源于可再生资源，不仅具有上述作用，还赋予水性聚氨酯功能性，呋喃环是共轭双烯体，通过再在体系内加入带有亲双烯体基团的交联剂，可赋予水性聚氨酯自修复性，提高其力学性能。

A Waterborne Polyurethane and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯及其制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。
技术介绍
随着人们环保意识以及环保法规的加强，环境友好的水性聚氨酯的研究、开发日益受到重视，水性聚氨酯以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。常用的水性聚氨酯扩链剂有二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、乙二胺基乙磺酸钠、聚乙二醇和二乙烯三胺等，这些扩链剂大都来源于石油资源，不利于环保。5-羟甲基糠醛可由果糖、葡糖糖和纤维素等碳水化合物制得。由5-羟甲基糠醛可衍生出许多含呋喃环二元醇化合物，如2,5-呋喃二甲醇、2,5-呋喃二乙醇和2,5-呋喃二丙醇等，这些生物基含呋喃环二元醇可作为扩链剂用于新型水性聚氨酯的构建和制备，并赋予其功能性，扩展了水性聚氨酯的应用领域。现有的水性聚氨酯扩链剂大都是石油化工产品，来源于石油资源，不利于环境保护，其主要作用是扩链、交联、调节体系反应速率和使聚氨酯具有亲水性。因此，开发一种来源于可再生资源，不仅具有上述作用，还赋予水性聚氨酯具有自修复性，同时力学性能好是非常必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种水性聚氨酯及其制备方法，本专利技术提供的水性聚氨酯具有自修复性，同时力学性能好。本专利技术提供了一种式(I)结构的水性聚氨酯，其中，x为1～10000；y为1～10000；z为1～10000；R1选自C1～C30的烷基、C1～C30的环烷基、C6～C30的芳基中的一种或几种；R2选自聚醚二元醇或聚酯二元醇去除羟基所剩余的结构；R3为亲水性扩链剂去除羟基所剩余的结构；R4为小分子二醇扩链剂去除羟基所剩余的结构；所述小分子二醇扩链剂为含呋喃环二元醇。优选的，所述R1选自2-甲基-1,4-对亚苯基、4,4’-亚二苯甲烷基、四甲基苯二亚甲基、苯二亚甲基、1,5-亚萘基、1,6-亚己基，1,3,3-三甲基-1-亚乙基-5-亚环己基甲基、1,4-亚环己烷基、4,4’-亚二环己基甲烷基中的一种或多种。优选的，所述聚醚二元醇选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇选自聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种所述R3结构为2，2’二亚甲基丙酸或2，2’-二亚甲基丁酸中的一种或两种。优选的，所述的含呋喃环二醇选自2,5-呋喃二甲醇、2,5-呋喃二乙醇、2,5-呋喃二丙醇、2,5-呋喃二丁醇、2,5-呋喃二戊醇、2,5-呋喃二己醇、二呋喃甲醇基甲烷、2,2-二呋喃甲醇基丙烷、2-呋喃甲醇基-1,3-丙二醇、2-呋喃甲醇基-1,4-丁二醇、2-呋喃甲醇基-1,5-戊二醇、3-呋喃甲醇基-1,5-戊二醇和1,2-二呋喃-乙二醇的一种或几种；本专利技术提供了一种式(I)结构的水性聚氨酯的制备方法，包括：a)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；b)将第一预聚体与有机溶剂、含呋喃环的小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂和催化剂反应得到第二预聚体；c)将第二预聚体与中和剂中和，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到式(I)结构的水性聚氨酯。优选的，所述步骤a)所述加热脱水温度为50～150℃；脱水时间为0.5～8h；脱水的真空度小于1Kpa；所述搅拌反应温度为40～120℃；所述反应时间为0.5～3h。优选的，步骤b)所述反应温度为40～90℃；所述反应时间为2～12h；步骤c)所述中和温度为25～70℃；所述中和时间为0.1～6h。优选的，所述大分子二元醇、二异氰酸酯、含呋喃环的小分子二醇扩链剂和亲水扩链剂的总和与二胺扩链剂的摩尔比为1：(4～30)(2～20)：(1～10)；所述亲水扩链剂与所述水性聚氨酯的质量比为(2～10):100；所述小分子二醇扩链剂在体系分散乳化前占水性聚氨酯(不包括水)的质量百分比为3％～20％；所述的中和剂与亲水性扩链剂的摩尔比为0.5～2.5；所述的催化剂用量占聚氨酯总质量的0.01～5％。优选的，所述大分子二元醇选自聚醚二元醇和聚酯二元醇中的一种或几种；其中所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇为聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种；所述大分子二元醇的分子量为400～20000；所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述含呋喃环的小分子二醇扩链剂选自2,5-呋喃二甲醇、2,5-呋喃二乙醇、2,5-呋喃二丙醇、2,5-呋喃二丁醇、2,5-呋喃二戊醇、2,5-呋喃二己醇、二呋喃甲醇基甲烷、2,2-二呋喃甲醇基丙烷、2-呋喃甲醇基-1,3-丙二醇、2-呋喃甲醇基-1,4-丁二醇、2-呋喃甲醇基-1,5-戊二醇、3-呋喃甲醇基-1,5-戊二醇和1,2-二呋喃-乙二醇的一种或几种；所述亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或两种；所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二丁基氧化锡、羧酸钾、吡啶、N,N’-二甲基吡啶、三乙醇胺、三乙胺、N,N-二甲基环己胺和三乙烯二胺中的一种或几种；所述有机溶剂为丙酮、丁酮和四氢呋喃中的一种或几种。优选的，所述中和剂选自三乙胺、三丙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、醋酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、氨水、盐酸、磷酸、甲酸、醋酸、AMP一95、二乙醇胺、三乙醇胺和氨基乙酸的一种或几种；所述二胺扩链剂选自乙二胺、1,6-己二胺、1,4-苯二胺、4,4’-二氨基-3,3’-二氯二苯甲烷和异佛尔酮二胺中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术提供了一种式(I)结构的水性聚氨酯，其中，x为1～10000；y为1～10000；z为1～10000；R1选自C1～C30的烷基、C1～C30的环烷基、C6～C30的芳基中的一种或几种；R2选自聚醚二元醇或聚酯二元醇去除羟基所剩余的结构；R3为亲水性扩链剂去除羟基所剩余的结构；R4为小分子二醇扩链剂去除羟基所剩余的结构；所述小分子二醇扩链剂为含呋喃环二元醇。而本专利技术提供了一种新型水性主链含呋喃环聚氨酯，本专利技术通过在主链引入了呋喃环，同时含呋喃环二元醇化合物来源于可再生资源，不仅具有上述作用，还赋予水性聚氨酯功能性，呋喃环是共轭双烯体，通过再在体系内加入带有亲双烯体基团的交联剂，可赋予水性聚氨酯自修复性，提高其力学性能。附图说明图1为本专利技术的自修复示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种水性聚氨酯及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进结构、工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种式(I)结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种式(I)结构的水性聚氨酯，

【技术特征摘要】
1.一种式(I)结构的水性聚氨酯，其中，x为1～10000；y为1～10000；z为1～10000；R1选自C1～C30的烷基、C1～C30的环烷基、C6～C30的芳基中的一种或几种；R2选自聚醚二元醇或聚酯二元醇去除羟基所剩余的结构；R3为亲水性扩链剂去除羟基所剩余的结构；R4为小分子二醇扩链剂去除羟基所剩余的结构；所述小分子二醇扩链剂为含呋喃环二元醇。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述R1选自2-甲基-1,4-对亚苯基、4,4’-亚二苯甲烷基、四甲基苯二亚甲基、苯二亚甲基、1,5-亚萘基、1,6-亚己基，1,3,3-三甲基-1-亚乙基-5-亚环己基甲基、1,4-亚环己烷基、4,4’-亚二环己基甲烷基中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述聚醚二元醇选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇选自聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种所述R3结构为2，2’二亚甲基丙酸或2，2’-二亚甲基丁酸中的一种或两种。4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述的含呋喃环二醇选自2,5-呋喃二甲醇、2,5-呋喃二乙醇、2,5-呋喃二丙醇、2,5-呋喃二丁醇、2,5-呋喃二戊醇、2,5-呋喃二己醇、二呋喃甲醇基甲烷、2,2-二呋喃甲醇基丙烷、2-呋喃甲醇基-1,3-丙二醇、2-呋喃甲醇基-1,4-丁二醇、2-呋喃甲醇基-1,5-戊二醇、3-呋喃甲醇基-1,5-戊二醇和1,2-二呋喃-乙二醇的一种或几种。5.一种式(I)结构的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括：a)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；b)将第一预聚体与有机溶剂、含呋喃环的小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂和催化剂反应得到第二预聚体；c)将第二预聚体与中和剂中和，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到式(I)结构的水性聚氨酯。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)所述加热脱水温度为50～150℃；脱水时间为0.5～8h；脱水的真空度小于1Kpa；所述搅拌反应温度为40～120℃；所述反应时间为0.5～3h。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述反应温度为40～90℃；所述反应时间为2～12h；步骤c)所述中和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光远，梁全铎，姜敏，张强，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22