一种水性聚氨酯树脂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种水性聚氨酯树脂及其制备方法和用途，所述水性聚氨酯树脂包括有多异氰酸酯混合物与多元醇混合物的原料组分，所述多异氰酸酯混合物包括异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯以形成防水透湿硬段，所述多元醇混合物包括聚酯型聚己内酯二醇、聚醚型聚四氢呋喃二醇以及聚氧化丙烯三醇以形成防水透湿软段，所述水性聚氨酯树脂特别适合应用在防水透湿材料中。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯树脂及其制备方法和用途
本专利技术涉及水性聚氨酯技术应用领域，具体的涉及一种水性聚氨酯树脂及其制备方法和用途。
技术介绍
水性聚氨酯树脂因其不含有机挥发溶剂，所以不会对环境造成污染或危害使用人员的健康，是一类环境友好型的“绿色”树脂。与此同时，水性聚氨酯具有低VOC、气味小、使用安全、可用水清洗等优点。因聚氨酯的各项优异性能，使得水性聚氨酯树脂制品本身还具有以下各项优异的性能：良好的粘接性、耐溶剂性、耐磨性等。水性聚氨酯树脂的优异性能使其所制备的涂层材料具有更好的透湿性、柔软丰满的手感等，更适合用于各种具有防水透湿功能的材料。随着人们生活水平和生活质量的不断提高，人们对防水透湿性材料的需求也日益増长，因此开发出一种具有良好的透湿性能和防水性能的水性聚氨酯涂层具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种水性聚氨酯树脂及其制备方法和用途，所述水性聚氨酯树脂所制备得到的聚氨酯树脂薄膜材料具有高模量、高强度及优异的断裂伸长率和静水压，防水透湿性能良好，特别适合应用在防水透湿材料中。为了实现以上目的及其他目的，本专利技术是通过包括以下技术方案实现的：本专利技术首先提供了一种水性聚氨酯树脂，所述水性聚氨酯树脂包括有多异氰酸酯混合物与多元醇混合物的原料组分，所述多异氰酸酯混合物包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(HMDI)以形成防水透湿硬段，所述多元醇混合物包括聚酯型聚己内酯二醇(PCL)、聚醚型聚四氢呋喃二醇(PTMG)以及聚氧化丙烯三醇(PPT)以形成防水透湿软段。在一实施例中，所述聚酯型聚己内酯二醇(PCL)的分子量为1000～2000，所述聚醚型聚四氢呋喃二醇(PTMG)的分子量3500～5000，所述聚氧化丙烯三醇(PPT)的分子量为2500～4000。在一实施例中，所述异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(HMDI)的质量比为2～3。在一实施例中，所述聚酯型聚己内酯二醇、所述聚醚型聚四氢呋喃二醇以及所述聚氧化丙烯三醇的质量比为：(140～170)：(35～55)：(15～25)。在一实施例中，所述多异氰酸酯混合物与所述多元醇混合物摩尔比为3～4。在一实施例中，所述水性聚氨酯树脂的固含量为30～40％。本专利技术还提供了一种如上所述水性聚氨酯树脂的制备方法，所述包括以下步骤：将多异氰酸酯混合物与多元醇混合物反应得到一中间产物；将所述中间产物与小分子亲水扩链剂及小分子扩链剂反应得到一含亲水羧基的聚氨酯预聚体；将所述含亲水羧基的聚氨酯预聚体与一中和剂反应得到一中和产物；将所述中和产物与水、后扩链剂、后交联剂反应得到所述水性聚氨酯树脂。在一实施例中，所述多异氰酸酯混合物的摩尔量、所述小分子亲水扩链剂及所述小分子扩链剂摩尔量之和、所述多元醇混合物的摩尔量三者的比值为(3～4)：(0.4～0.6)：(0.8～1)。在一实施例中，所述中和产物的pH为6.5～7.5。在一实施例中，所述小分子亲水扩链剂包含二羟甲基丙酸(DMPA)，所述小分子扩链剂包含1,4-丁二醇(BDO)。在一实施例中，所述中和剂为三乙胺(TEA)以及氨水中的一种或者两种，所述水为去离子水，所述后扩链剂为乙二胺(EDA)，所述后交联剂为二乙烯三胺(DETA)。在一实施例中，所述多异氰酸酯混合物与多元醇混合物反应温度为85～95℃，反应时间为1.5～2.5h。在一实施例中，所述中间产物与所述小分子亲水扩链剂及小分子扩链剂反应温度为65～85℃，反应时间为4.5～6.5h。在一实施例中，所述含亲水羧基的聚氨酯预聚体与所述中和剂在搅拌条件下反应，所述反应温度为5～20℃，所述搅拌转速为1000～1500r/min，所述搅拌时间为0.8～1.5min。在一实施例中，所述中和产物与水、后扩链剂、后交联剂在搅拌条件下反应，所述反应温度为5～20℃，所述搅拌转速为2000～2500r/min，所述搅拌时间为2～6min。在一实施例中，所述含亲水羧基的聚氨酯预聚体的结构式为：其中，R1是异佛尔酮二异氰酸酯或者氢化二苯基甲烷二异氰酸酯的主体基团，R2为聚酯型聚己内酯二醇或者聚醚型聚四氢呋喃二醇的主体基团，R3为聚氧化丙烯三醇的主体基团，R4为1,4-丁二醇的主体基团。在一实施例中，所述中和产物与所述水进行羟基缔合反应。在一实施例中，所述羟基缔合反应温度为14～16℃。在一实施例中，所述羟基缔合反应温度为15℃。在一实施例中，所述含亲水羧基的聚氨酯预聚体的制备过程中添加有机鉍催化剂，所述催化剂的使用量为所述含亲水羧基的聚氨酯预聚体的0.2～0.5％。本专利技术还提供了一种如上所述水性聚氨酯树脂用在防水透湿材料上的用途。本专利技术制备得到的水性聚氨酯树脂能够稳定地分散在水中，而且本专利技术制备得到的水性聚氨酯树脂所制备的薄膜材料具有较优的硬度、断裂伸长率、强度及静水压，特别适合应用在防水透湿材料中。如上所述，本专利技术使用了聚酯型聚己内酯二醇、聚醚型聚四氢呋喃二醇以及聚氧化丙烯三醇以共同形成防水透湿软段，其中引入聚醚混合聚酯型大分子二元醇，在保证产物防水功能的基础上，引入聚醚调节其透湿性，从而达到防水透湿性能相平衡，利用聚氧化丙烯三醇对大分子二元醇进行一定程度的交联，从而在保证防水透湿功能的基础上，通过交联来提高软段的强度和抗形变能力，采用混合异氰酸酯(IPDI和HMDI)形成防水透湿硬段，在保证其防水透湿性能的基础上，通过较硬的硬段(HMDI)提升所述水性聚氨酯树脂制备的薄膜的模量及强度，在乳化阶段加入后交联(DETA)，进一步提升了薄膜的强度、抗形变能力及稳定性。本专利技术树脂具有良好的稳定性、分散性和配伍性，与水性环氧树脂、水性无机树脂等其他水性树脂混合使用时候可以满足更为苛刻的使用要求及条件，获得更为广泛的应用领域，本专利技术树脂具有良好的粘附性，可以在不同的基体材料上进行涂刮，从而得到不同硬度和纹理的产品。附图说明图1显示为本专利技术制备方法的流程示意图。图2显示为本专利技术的反应原理示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图2。如图1所示，本专利技术提供了一种水性聚氨酯树脂的制备方法，所述方法包括S1至S4的步骤：S1：将多异氰酸酯混合物与多元醇混合物反应得到一中间产物；S2：将所述中间产物与小分子亲水扩链剂及小分子扩链剂反应得到一含亲水羧基的聚氨酯预聚体；S3：将所述含亲水羧基的聚氨酯预聚体与一中和剂反应得到一中和产物；S4：将所述中和产物与水、后扩链剂、后交联剂反应得到所述水性聚氨酯树脂。在步骤S1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于：包括有多异氰酸酯混合物与多元醇混合物的原料组分，所述多异氰酸酯混合物包括异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯以形成防水透湿硬段，所述多元醇混合物包括聚酯型聚己内酯二醇、聚醚型聚四氢呋喃二醇以及聚氧化丙烯三醇以形成防水透湿软段。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于：包括有多异氰酸酯混合物与多元醇混合物的原料组分，所述多异氰酸酯混合物包括异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯以形成防水透湿硬段，所述多元醇混合物包括聚酯型聚己内酯二醇、聚醚型聚四氢呋喃二醇以及聚氧化丙烯三醇以形成防水透湿软段。


2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述聚酯型聚己内酯二醇的分子量为1000～2000，所述聚醚型聚四氢呋喃二醇的分子量3500～5000，所述聚氧化丙烯三醇的分子量为2500～4000。


3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述异佛尔酮二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为2～3。


4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述多异氰酸酯混合物与所述多元醇混合物摩尔比为3～4。


5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述水性聚氨酯树脂的固含量为30～40％。


6.一种制备如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴家兵，陈玉娴，冯林林，郭文鹤，张娅菲，张平，刘冰，
申请(专利权)人：兰州科天水性高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62