一种水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，所述水性聚氨酯乳液的制备原料包括：生物基乳化剂、二异氰酸酯、第一扩链剂、第二扩链剂、成盐剂、降粘剂和和去离子水。本发明专利技术所述制备原料首次使用了生物基乳化剂，其不仅含有能与异氰酸根反应的羟基，还有能发生成盐反应的羧基。因此，不仅能够避免传统水性聚氨酯乳液制备过程中需要使用催化剂以及有机溶剂，还可以减少亲水扩链剂的消耗。另外，生物基乳化剂作为聚氨酯分子链中的软段，由于其分子结构上含有羧基，会使水性聚氨酯乳液的粒径变小，提高粒子的分散性和稳定性。本发明专利技术所述制备方法简单易操作，且整个制备过程无溶剂和催化剂的使用，更加绿色环保。

Waterborne polyurethane emulsion, preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用
本专利技术涉及水性聚氨酯制备
，具体涉及一种水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。
技术介绍
水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。水性聚氨酯(WPU)作为一种多功能聚合物，目前已被应用于多种领域，如油墨、皮革、泡沫、涂料、胶黏剂等。然而，WPU在制备过程中会使用大量的有机溶剂，其会对环境和人类健康造成一定的危害。同时，传统WPU的制备的原料是石油基多元醇，其过多的使用会增加石油资源的消耗。CN103044649B公开了一种表面性能较优的含氟阳离子水性聚氨酯及其制备方法。该水性聚氨酯的化学稳定性、机械性能、拒油拒水等性能明显提高，同时还大大降低氟的使用量，降低成本。但该水性聚氨酯的制备过程中使用了有机溶剂、催化剂等，不利于环境保护的需求。CN105801790A公开了一种水性聚氨酯及其制备方法，还公开了水性聚氨酯汽车内饰胶粘剂及其制备方法，解决了现有水性聚氨酯耐水性差、机械性能差的技术问题。但该水性聚氨酯的制备原料主要都是采用了石油基的聚酯多元醇，其过多的使用会增加石油资源的消耗，也不能满足环境保护的要求。因此，目前市场需要开发一种水性聚氨酯乳液及其制备方法，使其整个制备过程更加绿色环保。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，所述水性聚氨酯乳液的制备原料采用了生物基乳化剂，所述生物基乳化剂不仅含有羟基能与二异氰酸酯反应，而且含有羧基能与成盐剂发生成盐反应，省略了传统制备过程中使用2,2-二羟甲基丙酸或2,2-二羟甲基丁酸作为亲水扩链剂，进而省略了上述亲水扩链反应中使用的有机溶剂和催化剂，解决了现阶段水性聚氨酯制备过程中使用溶剂及催化剂的弊端，整个水性聚氨酯乳液的制备过程更加绿色环保，另外，生物基乳化剂的使用可以减少目前石油基多元醇的使用，可以降低石油能源的消耗。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种了一种水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液的制备原料包括：生物基乳化剂、二异氰酸酯、第一扩链剂、第二扩链剂、成盐剂、降粘剂和去离子水。本专利技术所述水性聚氨酯乳液的制备原料首次使用了绿色环保的生物基乳化剂，所述生物基乳化剂作为植物油基多元醇的衍生物，其分子结构上不仅含有能与异氰酸根(-NCO)反应的羟基(-OH)，还有能发生成盐反应的羧基(-COOH)。因此，使用其作为制备原料，不仅能够避免传统WPU制备过程中需要使用催化剂以及N-甲基吡咯烷酮(NMP)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)来溶解2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)这些步骤，还可以减少亲水扩链剂(DMPA或DMBA)的消耗。另外，生物基乳化剂作为WPU分子链中的软段，由于其分子结构上含有羧基，会使制备得到的水性聚氨酯乳液的粒径变小，提高粒子的分散性和稳定性。优选地，所述水性聚氨酯乳液的固含量为15-30％，例如可以是15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、19％或30％等。优选地，所述生物基乳化剂的羟值为60-100mgKOH/g，例如可以是60mgKOH/g、63mgKOH/g、65mgKOH/g、68mgKOH/g、70mgKOH/g、72mgKOH/g、75mgKOH/g、80mgKOH/g、84mgKOH/g、85mgKOH/g、88mgKOH/g、90mgKOH/g、93mgKOH/g、95mgKOH/g、97mgKOH/g、98mgKOH/g或100mgKOH/g等，酸值为50-70mgKOH/g，例如可以是50mgKOH/g、51mgKOH/g、52mgKOH/g、53mgKOH/g、54mgKOH/g、55mgKOH/g、56mgKOH/g、57mgKOH/g、58mgKOH/g、59mgKOH/g、60mgKOH/g、61mgKOH/g、62mgKOH/g、63mgKOH/g、64mgKOH/g、65mgKOH/g、66mgKOH/g、67mgKOH/g、68mgKOH/g、69mgKOH/g或70mgKOH/g等。需要说明的是，根据生物基乳化剂的羟值和酸值可以计算出生物基乳化剂中羟基和羧基的摩尔量，其具体计算公式如下：-OH(mol/g)＝生物基乳化剂的羟值(gKOH/g)/56.1；-COOH(mol/g)＝生物基乳化剂的酸值(gKOH/g)/56.1；其中，56.1为KOH的相对分子质量。另外，生物基乳化剂中羟值和酸值的测定方法如下：(1)羟值的测定方法如下：多元醇原料的羟值参照ASTMD4247-99(乙酸酐-吡啶法)进行滴定，并作一定的简化，详细步骤如下：a)溶液与指示剂的配制i)乙酰化试剂的配制准确量取127mL乙酸酐于棕色瓶中，并溶于1000mL吡啶，密闭暂存待用(即配即用)。ii)0.5mol/LNaOH标准溶液根据ASTM标准进行0.5mol/L的NaOH标准溶液的配制。iii)酚酞指示剂称取1g酚酞溶于100mL乙醇。b)测定过程准确称取样品1g左右(精确到0.0001g)，置于100mL洁净干燥的圆底烧瓶中，用移液管移取10mL乙酰化试剂，连接好冷凝管，在98±2℃下搅拌2h。将烧瓶冷却至室温，加入10mL的吡啶，继续搅拌回流10min，结束反应并冷却，用10mL的无水乙醇冲洗冷凝管，并将反应液和冲洗液一并转移到锥形瓶中，加4滴酚酞指示剂于其中，用0.5mol/LNaOH标准溶液滴定，并作平行空白对照。c)计算羟值样品羟值X(mgKOH/g)计算如下式：X＝[(B-A)×N×56.1]/W式中：B——空白对照使用的NaOH标准溶液的体积(mL)；A——样品测试使用的NaOH标准溶液的体积(mL)；N——NaOH标准溶液的浓度(mol/L)；W——样品的准确质量(g)。(2)酸值的测定方法如下：酸值测定的参照GB5009.229-2016中的热乙醇法，具体步骤如下：标准溶液和酚酞指示剂的配制与上述测定羟值过程中的一样，此处不再赘述。取250mL的第一锥形烧瓶，用天平称取制备的试样，另取250mL第二锥形烧瓶，加入90-100mL95％乙醇，再加入0.5-1mL酚酞指示剂。然后，将第二锥形烧瓶放入90-100℃的水浴中加热直到80-85℃。取出该锥形烧瓶，趁乙醇的温度还维持在70℃以上时，立即用装有标准滴定溶液的刻度滴定管对乙醇进行滴定。当乙醇初现微红色，且15s内无明显褪色时，立刻停止滴定，乙醇的酸性被中和。将此中和乙醇溶液趁热立即倒入装有试样的第一锥形烧瓶中，然后放入90-100℃的水浴中加热直到乙醇达到80-85℃，取出该锥形烧瓶，在5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液的制备原料包括：生物基乳化剂、二异氰酸酯、第一扩链剂、第二扩链剂、成盐剂、降粘剂和去离子水。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液的制备原料包括：生物基乳化剂、二异氰酸酯、第一扩链剂、第二扩链剂、成盐剂、降粘剂和去离子水。


2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液的固含量为15-30％。


3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述生物基乳化剂的羟值为60-100mgKOH/g，酸值为50-70mgKOH/g；
优选地，所述生物基乳化剂的制备原料包括多羟基植物油和马来酸酐；
优选地，所述多羟基植物油选自蓖麻油、改性大豆油、改性棉籽油或改性亚麻籽油中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述改性大豆油为对大豆油先进行环氧化再开环制备得到；
优选地，所述改性棉籽油为对棉籽油先进行环氧化再开环制备得到；
优选地，所述改性亚麻籽油为对亚麻籽油先进行环氧化再开环制备得到；
优选地，所述多羟基植物油和所述马来酸酐的摩尔比为(0.5-1):1；
优选地，所述生物基乳化剂的制备方法包括以下步骤：将多羟基植物油和马来酸酐混合，调控温度在90-130℃，在500-900rpm的搅拌转速下反应5-8h，然后冷却至18-25℃，得到所述生物基乳化剂。


4.根据权利要求1-3任一项所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯中任意一种或至少两种的组合，优选为异佛尔酮二异氰酸酯；
优选地，所述第一扩链剂选自1,4-丁二醇、甘油、乙二醇或己二醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述第二扩链剂为乙二胺；
优选地，所述成盐剂为三乙胺；
优选地，所述降粘剂为丙酮和/或甲乙酮。


5.根据权利要求1-4任一项所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述生物基乳化剂中的羟基和所述二异氰酸酯中的异氰酸根的摩尔比为(0.2-0.5):1；
优选地，所述第一扩链剂中的羟基与所述二异氰酸酯中的异氰酸根的摩尔比为(0.1-0.5):1；
优选地，所述成盐剂与所述生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋平平，代注顶，张萍波，夏琪，郑付林，俞晓琴，
申请(专利权)人：昆山嘉力普制版胶粘剂油墨有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32