一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法，包括下述质量份的原料及反应步骤：(1)原料的干燥，将100～300份多元醇在100℃～130℃的条件下，真空干燥0.5～4h，控制多元醇中的含水率低于0.05％，(2)无溶剂水性聚氨酯预聚体的制备；(3)无溶剂水性聚氨酯预聚体的中和、乳化；(4)无溶剂水性聚氨酯的后扩链，将步骤(3)得到的溶液体系与含两个或以上胺基的化合物进行反应，滴加消泡剂，在50～60℃恒温反应1～1.5h，降温至室温，将得到的最终乳液过滤后，得到无溶剂水性聚氨酯。本发明专利技术无溶剂水性聚氨酯的制备过程完全无溶剂、环保无污染、制得的无溶剂水性聚氨酯综合性能佳。

A preparation method of solventless waterborne polyurethane

【技术实现步骤摘要】
一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法
本专利技术涉及聚氨酯
，具体涉及一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法。
技术介绍
聚氨酯是一种高性能的高分子化合物，随着聚氨酯化学研究、产品制造和应用工艺技术的进步以及应用领域的不断拓宽，逐步发展，如今已经成为当今世界上六大合成材料之一。随着聚氨酯产品的品种、应用领域、产业规模的迅速扩大，它已经涉及到我们生活的方方面面。就目前所使用的聚氨酯，大多数都是溶剂型聚氨酯，在生产的过程中会加入大量的溶剂，如甲苯，二甲基甲酰胺、丙酮等，由于溶剂型聚氨酯含有大量的挥发性有机溶剂(VOC)，在使用的过程中会排入大气，不仅破坏环境，危害健康，同时也浪费资源能量。随着全世界范围内资源的紧缺和对环保的日益重视，聚氨酯的生产已在近年发生了很大的变化，将原来高污染的溶剂型聚氨酯，转变成低污染的水性聚氨酯。虽然现在的水性聚氨酯受到了大家的广泛喜爱，但是就目前的合成方法来说，在生产的过程中或多或少的会使用到部分溶剂，如丙酮、N～甲基吡咯烷酮等溶剂。就目前水性聚氨酯的合成方法主要有丙酮法、预聚体法、熔融分散缩聚法、酮亚胺～酮联氮法以及保护端基乳化法；在工业生产中主要使用丙酮法和预聚体法，丙酮法顾名思义就是在合成的过程中会用到溶剂丙酮，虽然在合成的最后阶段会使用减压蒸馏的方法除去丙酮，但减压蒸馏法在除去丙酮时会达到一定的限度，并不能100％的除去丙酮，所以在树脂中还是会有残留的丙酮，且在合成的过程中也会接触到丙酮，并没有从根本上做到全水性；而预聚体法合成水性聚氨酯的过程中有一个关键的步骤就是乳化，乳化的好坏会直接影响到水性聚氨酯的性能，而预聚体的粘度和分子量会直接影响到后面的乳化，所以目前在合成预聚体的过程中会加入少量的丙酮或高沸点的N～甲基吡咯烷酮，以降低预聚体的粘度，后面的乳化，在树脂中也会存在溶剂的成分，也没有从根本上达到全水性的要求，距离真正的水性聚氨酯还存在一定的差距。现有技术制备的水性聚氨酯制备方法以及制备的产物具备下述缺陷：1、在生产的过程中或多或少的会使用到部分溶剂，如丙酮、N～甲基吡咯烷酮等溶剂，不仅污染环境，危害人体健康，而且增加了溶剂回收成本；2、反应过程中的乳化，在树脂中会存在溶剂的成分，没有从根本上达到全水性的要求，距离真正的水性聚氨酯还存在一定的差距。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：研制开发一种无溶剂水性聚氨酯制备方法，该无溶剂水性聚氨酯的制备过程中完全无溶剂、环保无污染、制备过程简单，制得的无溶剂水性聚氨酯性能佳。本专利技术的目的就是为了解决上述现有技术条件存在的问题，提供一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法，包括下述质量份的原料及反应步骤：(1)将100～300份多元醇在100℃～130℃的条件下，真空干燥0.5～4h，控制多元醇中的含水率低于0.05％，其中，所述的多元醇为聚醚二元醇、聚醚多元醇或聚醚二元醇和聚醚多元醇的混合物，其数均分子量的范围为500～4000；(2)将步骤(1)中干燥过的多元醇与30～80份异氰酸酯、混合均匀升温到50℃～100℃的条件下反应1～2h，然后再加入0～4份扩链剂、5～10份亲水扩链剂、0.05份催化剂混合均匀，在50℃～100℃的条件下进行中和、乳化以及扩链反应，反应时间为2～5h，得到无溶剂水性聚氨酯预聚体，其中，扩链剂、亲水扩链剂、催化剂皆经过干燥，含水率低于0.05％，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种或多种；(3)将步骤(2)中的无溶剂水性聚氨酯预聚体用碱性水溶液进行中和、乳化，直到PH值到中性或弱碱性，其中，碱为三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠、氨水中的任意一种或多种，水为去离子水，乳化过程中，体系的固体含量为20％～50％；(4)将步骤(3)得到的溶液体系与含两个或以上胺基的化合物进行反应，滴加消泡剂，在50～60℃恒温反应1～1.5h，降温至室温，将得到的最终乳液过滤后，得到无溶剂水性聚氨酯。作为本方案的进一步改进，所述多元醇、扩链剂、亲水扩链剂通过抽真空的方法进行干燥，干燥温度为100℃～130℃，气压≥～0.08MPa，所述催化剂通过100℃的鼓风干燥箱进行干燥。作为本方案的进一步改进，步骤(1)中所述催化剂的用量为占多元醇与异氰酸酯总质量的0.1％～0.5％，反应物的固含量为20％～50％。作为本方案的进一步改进，步骤(1)中多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇中的任意一种或多种，所述多元醇分子量为1000～4000。作为本方案的进一步改进，步骤(2)中所述的扩链剂为乙二醇、1,4～丁二醇、三羟甲基丙烷、甘油中的任意一种或多种，所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的任意一种或多种，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、有机铋中的任意一种或多种。作为本方案的进一步改进，步骤(4)中所述的扩链剂为二乙胺、异氟尔酮二胺、二乙烯三胺，三乙烯四胺中的任意一种或多种。作为本方案的进一步改进，步骤(2)中反应温度为80℃～100℃，步骤(3)中的中和、乳化温度为40℃～80℃，步骤(4)中后扩链温度为60℃～90℃。作为本方案的进一步改进，所述的步骤(1)、(2)、(3)中所用到的溶剂为去离子水。作为本方案的进一步改进，所述无溶剂水性聚氨酯为嵌段共聚物，为异氰酸酯、扩链剂小分子组成的硬段和多元醇组成的软段相间组成，所述无溶剂水性聚氨酯数均分子量为5000～8000。与现有技术相比，本专利技术具备下述有益效果：本专利技术的无溶剂水性聚氨酯，所述的整个过程所用到的溶剂只有去离子水，无甲苯、丙酮、丁酮、N～甲基吡咯烷酮等有机溶剂，即在合成过程中没有添加任何有机溶剂，从而省去了后续对有机溶剂清除步骤，降低了生产成本而且更具有环保性，做到了完全无溶剂且环保无污染；本专利技术采用预聚体合成法，通过控制预聚体的r值r值是异氰酸酯中所有～NCO基团的物质的量与多元醇、扩链剂、亲水扩链剂中所有～OH的物质的量的比值)，来控制预聚体的分子量和粘度，从而达到容易分散乳化，得到粒径小、稳定性好的乳液，最后再通过后扩链增加分子量，从而最终得到粒径小、稳定性好、性能优的无溶剂水性聚氨酯。从开始合成预聚体到前扩链，再到中、乳化，最后到后扩链，整个合成过程中皆没有用到溶剂，只用了去离子水，完全实现了无溶剂水性聚氨酯的制备，环保无污染；本专利技术的无溶剂水性聚氨酯制得的产品：无溶剂水性聚氨酯为一种嵌段共聚物，该聚合物由异氰酸酯、扩链剂等小分子组成的硬段和多元醇组成的软段相间组成的高分子，其数均分子量为5000～8000；本专利技术的无溶剂水性聚氨酯制备方法在整个反应的过程中，通过控制异氰酸酯和多元醇以及扩链剂、亲水扩链剂的比例来控制预聚体的分子量和粘度，从而达到在不需要添加任何有机溶剂的条件，就可以较好的进行乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括下述质量份的原料及反应步骤：/n(1)原料的干燥/n将100～300份多元醇在100℃～130℃的条件下，真空干燥0.5～4h，控制多元醇中的含水率低于0.05％，/n其中，所述的多元醇为聚醚二元醇、聚醚多元醇或聚醚二元醇和聚醚多元醇的混合物，其数均分子量的范围为500～4000；/n(2)无溶剂水性聚氨酯预聚体的制备/n将步骤(1)中干燥过的多元醇与30～80份异氰酸酯、混合均匀升温到50℃～100℃的条件下反应1～2h，然后再加入0～4份扩链剂、5～10份亲水扩链剂、0.05份催化剂混合均匀，在50℃～100℃的条件下进行中和、乳化以及扩链反应，反应时间为2～5h，得到无溶剂水性聚氨酯预聚体，/n其中，扩链剂、亲水扩链剂、催化剂皆经过干燥，含水率低于0.05％，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种或多种；/n(3)无溶剂水性聚氨酯预聚体的中和、乳化/n将步骤(2)中的无溶剂水性聚氨酯预聚体用碱性水溶液进行中和、乳化，直到PH值到中性或弱碱性，/n其中，碱为三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠、氨水中的任意一种或多种，水为去离子水，乳化过程中，体系的固体含量为20％～50％；/n(4)无溶剂水性聚氨酯的后扩链/n将步骤(3)得到的溶液体系与含两个或以上胺基的化合物进行反应，滴加消泡剂，在50～60℃恒温反应1～1.5h，降温至室温，将得到的最终乳液过滤后，得到无溶剂水性聚氨酯。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括下述质量份的原料及反应步骤：
(1)原料的干燥
将100～300份多元醇在100℃～130℃的条件下，真空干燥0.5～4h，控制多元醇中的含水率低于0.05％，
其中，所述的多元醇为聚醚二元醇、聚醚多元醇或聚醚二元醇和聚醚多元醇的混合物，其数均分子量的范围为500～4000；
(2)无溶剂水性聚氨酯预聚体的制备
将步骤(1)中干燥过的多元醇与30～80份异氰酸酯、混合均匀升温到50℃～100℃的条件下反应1～2h，然后再加入0～4份扩链剂、5～10份亲水扩链剂、0.05份催化剂混合均匀，在50℃～100℃的条件下进行中和、乳化以及扩链反应，反应时间为2～5h，得到无溶剂水性聚氨酯预聚体，
其中，扩链剂、亲水扩链剂、催化剂皆经过干燥，含水率低于0.05％，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种或多种；
(3)无溶剂水性聚氨酯预聚体的中和、乳化
将步骤(2)中的无溶剂水性聚氨酯预聚体用碱性水溶液进行中和、乳化，直到PH值到中性或弱碱性，
其中，碱为三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠、氨水中的任意一种或多种，水为去离子水，乳化过程中，体系的固体含量为20％～50％；
(4)无溶剂水性聚氨酯的后扩链
将步骤(3)得到的溶液体系与含两个或以上胺基的化合物进行反应，滴加消泡剂，在50～60℃恒温反应1～1.5h，降温至室温，将得到的最终乳液过滤后，得到无溶剂水性聚氨酯。


2.根据权利要求1所述的无溶剂水性聚氨酯制备方法，其特征在于，所述多元醇、扩链剂、亲水扩链剂通过抽真空的方法进行干燥，干燥温度为100℃～130℃，气压≥～0.08MPa，所述催化剂通过10...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄君新，宋兵，樊文武，吴儒伟，王金鹏，
申请(专利权)人：明新孟诺卡辽宁新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21