水性聚氨酯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚氨酯技术领域，尤其是涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。水性聚氨酯，主要由按重量份数计的如下组分制成：多异氰酸酯10～15份、低聚物多元醇50～60份、烷羟基有机硅树脂2～4份、扩链剂4.3～5.2份、交联剂0.04～0.06份、催化剂0.01～0.05份、溶剂20～50份、中和剂3～3.5份和水120～160份；其中，所述扩链剂包括

【技术实现步骤摘要】
水性聚氨酯及其制备方法
本专利技术涉及聚氨酯
，尤其是涉及一种水性聚氨酯及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯是指一类在高分子主链上含有氨基甲酸酯基团的聚合物，具有很好的柔韧性、不易老化，同时具有软硬度可调及耐低温挠曲的特性，综合性能优于许多其他的材料，目前已广泛应用于涂料、弹性体、发泡体等领域。近年来，随着科学技术的进步，对材料的性能要求也进一步升级，低性能与高要求的矛盾进一步突出，因此高性能、功能性材料的开发也变得越来越重要和急迫。同时随着环保要求的升级，环保型材料的发展也更显紧要。水性聚氨酯是聚氨酯中一类以水为分散介质得到的聚氨酯，具有不燃、低VOC、安全、环保等特性，可广泛应用于工业的各个领域。但与溶剂型聚氨酯相比较，由于分子量的关系，水性聚氨酯很难达到高强度低模量的特性。近年来，关于水性聚氨酯的研究基本也主要集中在高性能水性聚氨酯材料的研究，提高水性聚氨酯的各项综合性能，以极大地扩展其应用范围。针对水性聚氨酯存在的问题，有许多研究工作者采用各种树脂或材料对其进行改进，以期改进其缺陷，丙烯酸改性、环氧改性、有机硅改性等屡见不鲜。然而，现有技术中还没有研究出能够兼顾多种特性的水性聚氨酯树脂产品，如高强低模、高回弹、不回粘或高耐候等。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供水性聚氨酯，以解决现有技术中存在的水性聚氨酯无法满足高强低模、高回弹等技术问题。本专利技术的第二目的在于提供水性聚氨酯的制备方法，操作简单，条件温和可控。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：水性聚氨酯，主要由按重量份数计的如下组分制成：多异氰酸酯10～15份、低聚物多元醇50～60份、烷羟基有机硅树脂2～4份、扩链剂4.3～5.2份、交联剂0.04～0.06份、催化剂0.01～0.05份、溶剂20～50份、中和剂3～3.5份和水120～160份；其中，所述扩链剂包括所述低聚物多元醇包括聚酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇和氢化端羟基聚丁二烯二元醇。其中，氢化端羟基聚丁二烯二元醇与端羟基聚丁二烯二元醇不同，氢化端羟基聚丁二烯二元醇不再具有不饱和主链结构，主链结构为饱和烷烃。在本专利技术的具体实施方式中，所述扩链剂还包括分子量小于200的小分子扩链剂。进一步的，所述分子量小于200的小分子扩链剂包括1,6-己二醇和/或1,4-环己烷二甲醇。在本专利技术的具体实施方式中，所述扩链剂包括按重量份数计的3.8～4.2份和分子量小于200的小分子扩链剂0.5～1份。多异氰酸酯是指官能度大于1的异氰酸酯类化合物。在本专利技术的具体实施方式中，所述多异氰酸酯的官能度为2～4，优选为2。在本专利技术的具体实施方式中，所述多异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的任一种或多种。在本专利技术的具体实施方式中，所述烷羟基有机硅树脂的结构式如下：其中，R1选自亚烷基，R2选自烷基，n选自整数；所述烷羟基有机硅树脂的分子量为1400～1600。进一步的，R1选自碳数为1～6的亚烷基，优选为碳数为1～3的亚烷基，如亚甲基；R2选自碳数为1～6的烷基，优选为碳数为1～3的烷基，如甲基。在本专利技术的具体实施方式中，所述低聚物多元醇的分子量为800～1200，优选为900～1100。在本专利技术的具体实施方式中，所述聚酯二醇主要由乙二醇、一缩二乙二醇和丁二醇中的任一种或多种与己二酸缩合聚合而成。在本专利技术的具体实施方式中，所述低聚物多元醇包括按重量份数计的聚酯二醇17～23份、聚四氢呋喃醚二醇10～16份和氢化端羟基聚丁二烯二元醇17份。在本专利技术的具体实施方式中，所述交联剂包括三羟甲基丙烷和三官能度聚醚多元醇中的任一种或多种。进一步的，所述三官能度聚醚多元醇的分子量为250～350，优选为280～320。在本专利技术的具体实施方式中，所述催化剂包括有机铋类催化剂。其中，所述有机铋类催化剂包括异辛酸铋、月桂酸铋和新癸酸铋中的任一种或多种。在本专利技术的具体实施方式中，所述中和剂包括N,N-二甲基乙醇胺和/或N,N-二乙基乙醇胺。在本专利技术的具体实施方式中，所述溶剂包括丙酮和/或丁酮。本专利技术还提供了水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：(a)向除水处理后的低聚物多元醇和烷羟基有机硅树脂中加入多异氰酸酯，于80～100℃条件下聚合反应3～4h；(b)向步骤(a)反应后的物料中加入扩链剂、交联剂、催化剂和溶剂，于60～80℃条件下反应5～6h，然后加入中和剂搅拌均匀后，加入水搅拌分散。在本专利技术的具体实施方式中，所述除水处理的方法包括：低聚物多元醇和烷羟基有机硅树脂在100～130℃条件下真空处理0.5～2h。进一步的，所述真空处理的真空度为-0.09MPa～-0.095MPa。在本专利技术的具体实施方式中，步骤(b)中，加入中和剂搅拌1～3min后，加入水搅拌分散。在本专利技术的具体实施方式中，步骤(b)中，所述搅拌分散的转速为800～1500r/min，优选为1000～1200r/min。在本专利技术的具体实施方式中，步骤(b)中，所述搅拌分散的时间为5～20min，优选为10～20min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术采用烷羟基有机硅树脂与低聚物多元醇等反应，能够合成出具有高强度、低模量、高回弹性、耐候、不回粘的高性能水性聚氨酯乳液，拉伸断裂强度可达不低于25MPa，伸长率可达不低于1000％，100％弹性模量不大于1.5MPa。综合性能优于天然橡胶树脂，可应用于弹性涂料、织物涂料、橡胶涂料、替代天然橡胶类制品等领域。具体实施方式下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。水性聚氨酯，主要由按重量份数计的如下组分制成：多异氰酸酯10～15份、低聚物多元醇50～60份、烷羟基有机硅树脂2～4份、扩链剂4.3～5.2份、交联剂0.04～0.06份、催化剂0.01～0.05份、溶剂20～50份、中和剂3～3.5份和水120～160份；其中，所述扩链剂包括所述低聚物多元醇包括聚酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇和氢化端羟基聚丁二烯二元醇。其中，氢化端羟基聚丁二烯二元醇与端羟基聚丁二烯二元醇不同，氢化端羟基聚丁二烯二元醇不再具有不饱和主链结构，主链结构为饱和烷烃。如在不同实施方式中，多异氰酸酯的用量可以为10份、11份、12份、13份、14份、15份等等；低聚物多元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水性聚氨酯，其特征在于，主要由按重量份数计的如下组分制成：/n多异氰酸酯10～15份、低聚物多元醇50～60份、烷羟基有机硅树脂2～4份、扩链剂4.3～5.2份、交联剂0.04～0.06份、催化剂0.01～0.05份、溶剂20～50份、中和剂3～3.5份和水120～160份；/n其中，所述扩链剂包括

【技术特征摘要】
1.水性聚氨酯，其特征在于，主要由按重量份数计的如下组分制成：
多异氰酸酯10～15份、低聚物多元醇50～60份、烷羟基有机硅树脂2～4份、扩链剂4.3～5.2份、交联剂0.04～0.06份、催化剂0.01～0.05份、溶剂20～50份、中和剂3～3.5份和水120～160份；
其中，所述扩链剂包括
所述低聚物多元醇包括聚酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇和氢化端羟基聚丁二烯二元醇。


2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述扩链剂还包括分子量小于200的小分子扩链剂；
优选的，所述分子量小于200的小分子扩链剂包括1,6-己二醇和/或1,4-环己烷二甲醇。


3.根据权利要求2所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述扩链剂包括按重量份数计的3.8～4.2份和分子量小于200的小分子扩链剂0.5～1份。


4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述烷羟基有机硅树脂的结构式如下：

其中，R1选自亚烷基，R2选自烷基，n选自整数；所述烷羟基有机硅树脂的分子量为1400～1600；
优选的，R1选自碳数为1～6的亚烷基，优选为碳数为1～3的亚烷基；R2选自碳数为1～6的烷基，优选为碳数为1～3的烷基。


5.根据权利要求1-4任一项所述的水性聚氨酯，其特征在于，所述低聚物多元醇包括按重量份数计的聚酯二醇17～23份、聚四氢呋喃醚二醇10～16份和氢化端羟基聚丁二烯二元醇17份；
优选的，所述低聚物多元醇的分子量为800～1200。

【专利技术属性】
技术研发人员：张威，刘艳，朱小勇，
申请(专利权)人：联固新材料科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44