一种水性聚氨酯-聚脲分散体及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种水性聚氨酯‑聚脲分散体及制备方法和应用，制备的水性聚氨酯‑聚脲分子链上含有酮基和酰肼基团，可以在成膜干燥的过程中随着PH值的降低而产生分子链间或分子链内的交联，具有优异的耐醇擦、耐溶剂等性能，可应用于金属涂层、木器涂料、纺织涂层、家具涂料、包装涂层等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯-聚脲分散体及制备方法和应用
本专利技术涉及一种新型水性聚氨酯-聚脲分散体及制备方法和应用，属于水性聚氨酯树脂领域。
技术介绍
水性聚氨酯由于其低VOC，软而不粘，弹性优异等性能，被广泛应用在木漆涂料，金属防护，塑料涂层，纺织印花，合成革发泡和贴面层，真空吸塑胶，鞋胶等领域。由于水性涂料在合成时必须加入一些亲水基团来使其可水分散。这些亲水基团在成膜干燥后会接触和捕捉空气中的水分，成膜之后乳胶粒之间存在空隙，导致其相对于传统的溶剂型涂料有着天然的缺陷。目前已有数种方法可以减轻此类缺点，比如说提高涂料的硬度，降低亲水基团，引入后交联体系等等。其中后交联是一种被研究最多的技术。中国专利CN106008895A中提供一种硅烷偶联剂后交联的方法，其将偶联剂接入到聚氨酯分子链上，制得的木器漆具有优良的硬度、耐醇性和耐水性，但是存在硅烷偶联剂会提前反应和成膜性下降等问题。中国专利CN105693981A中提供一种桐油改性的方法，将含共轭双键的桐油多元醇或者羟基化桐油接入到水性聚氨酯分子链上，但是存在桐油无法接入过多，且桐油属于天然原料，指标能以控制，导致最终的制品重现性较差的缺点。《单组分常温自交联水性聚氨酯的合成和性能研究》([J].皮革化工.2005(03))中提供了一种酮肼后交联的方法，其将二乙醇胺和双丙酮丙烯酰胺反应生产一种侧链带有酮基的小分子二元醇。将这种二元醇接入到水性聚氨酯中，然后在乳液中加入己二酸酰肼。己二酸酰肼和酮基在乳液中并不会反应，而在成膜干燥的过程中会反应产生后交联。但是己二酸酰肼和酮基的反应速率慢，残留的己二酸酰肼是水溶性的，反而会降低耐性。中国专利CN102134387A中提供一种酮肼后交联的方法，其选用侧基含有酮羰基的双羟基封端的聚硅氧烷与异氰酸酯反应，将酮羰基引入到聚氨酯分子链上，然后在分散结束之后，添加诸如己二酸酰肼的双酰肼物质。存在己二酸酰肼和酮基的反应速率慢，残留的己二酸酰肼是水溶性的，反而会降低耐性的问题。中国专利CN101142250A描述了一种酮肼后交联的方法，其先用带有酮基的大分子多元醇和异氰酸酯，小分子二元醇，聚酯/聚醚多元醇合成预聚体，然后将预聚体用水合肼封端，得到酰肼基封端的分子链，然后再分散。此类方法解决了己二酸酰肼残留的问题，但是也存在水合肼反应不完全残留的问题，水合肼是高毒物质，会污染环境。此种方法引入的酰肼基团只能在分子链的末端，而且引入酰肼基的效率较低。因此，需要开发一种新的方法，以解决现有酮肼交联在使用过程中存在耐性差等各种弊端。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种新型水性聚氨酯-聚脲分散体，在分子链上同时引入了酮基和酰肼基，该后交联水性聚氨酯具有较高的硬度和优异的耐性。本专利技术的另一目的在于提供所述水性聚氨酯-聚脲分散体的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供所述水性聚氨酯-聚脲分散体应用。为了实现以上专利技术目的，本专利技术通过下述技术方案实现：在本专利技术的一个方面，提供一种水性聚氨酯-聚脲分散体，该分散体由包含以下组分的原料反应制得：S1、一种或多种多异氰酸酯；S2、一种或多种大分子多元醇，具有在500～5000g/mol的平均分子量，优选1000～2000g/mol；S3、一种或多种含有酮基的化合物，其至少含有一个能与异氰酸酯反应的基团；任选的S4、一种或多种小分子扩链剂，其至少含有两个能与异氰酸酯反应的基团，具有在60～499g/mol的分子量；任选的S5、一种或多种含有活泼氢的多元胺小分子扩链剂，具有在60～499g/mol的分子量；S6、一种亲水性或具有亲水性潜质的化合物，其至少含有一个能与异氰酸酯反应的基团；S7、一种含有酰肼基团的化合物，其至少含有两个能与异氰酸酯反应的基团；任选的S8、一种或多种中和剂；S9、水；和任选的S10、催化剂,其能够催化异氰酸酯基团与羟基反应；以及S11、有机溶剂,其不含有能与异氰酸酯反应的基团。在本专利技术中，上述水性聚氨酯-聚脲分散体中，基于组分S1～S9总质量：所述组分S1的用量为8.0～25.0wt％，优选9.4～15.0wt％；所述组分S2的用量为10.0～35.0wt％，优选12.6～26.0wt％；所述组分S3的用量为0.1～8.0wt％，优选0.17～2.2wt％；所述组分S4的用量为0～6.0wt％，优选0～2.04wt％；所述组分S5的用量为0～6.0wt％，优选0～1.2wt％；所述组分S6的用量为0.1～3.0wt％，优选0.52～2.1wt％；所述组分S7的用量为0.1～6.0wt％，优选0.34～2.5wt％；所述组分S8的用量为0～2.0wt％，优选0～1.18wt％；所述组分S9的用量为40.0～75.0wt％，优选58.0～69.0wt％；基于组分S1～S6总质量：所述组分S10的用量为0～2000ppm；所述组分S11的用量为0.6～2.1倍。在本专利技术中，上述水性聚氨酯-聚脲分散体的组分S1中，所述的多异氰酸酯，包括但不限于甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的一种或多种，优选使用异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。在本专利技术中，上述水性聚氨酯-聚脲分散体的组分S2中，所述的大分子多元醇，包括但不限于聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇-丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚己二酸1,4-丁二醇酯二元醇、聚己二酸新戊二醇酯二元醇、聚己二酸1,6-己二醇酯二元醇和聚己二酸新戊二醇酯1,6-己二醇酯二元醇中的一种或多种，优选使用聚己二酸1,4-丁二醇酯二元醇和/或聚己二酸新戊二醇酯1,6-己二醇酯二元醇。在本专利技术中，上述水性聚氨酯-聚脲分散体的组分S3中，所述的含有酮基的化合物，包括但不限于二羟基丙酮、3-[二-(2-羟乙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺、3-[二-(2-羟丙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺、3-[三(羟基甲基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺中的一种或多种，优选为二羟基丙酮，3-[三(羟基甲基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺。所述3-[二-(2-羟乙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺、3-[二-(2-羟丙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺、3-[三(羟基甲基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺，可采用任何可实现的现有方法制备得到，如可分别通过二乙醇胺、二异丙醇胺、三羟甲基氨基甲烷与双丙酮丙烯酰胺进行迈克尔加成反应制备得到；所述三种含有酮基的化合物的结构式如下：在本专利技术中，上述水性聚氨酯-聚脲分散体的组分S4中，所述的小分子扩链剂，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯-聚脲分散体，其特征在于，该分散体由包含以下组分的原料反应制得：/nS1、一种或多种多异氰酸酯；/nS2、一种或多种大分子多元醇，具有在500～5000g/mol的平均分子量，优选1000～2000g/mol；/nS3、一种或多种含有酮基的化合物，其至少含有一个能与异氰酸酯反应的基团；/n任选的S4、一种或多种小分子扩链剂，其至少含有两个能与异氰酸酯反应的基团，具有在60～499g/mol的分子量；/n任选的S5、一种或多种含有活泼氢的多元胺小分子扩链剂，具有在60～499g/mol的分子量；/nS6、一种亲水性或具有亲水性潜质的化合物，其至少含有一个能与异氰酸酯反应的基团；/nS7、一种含有酰肼基团的化合物，其至少含有两个能与异氰酸酯反应的基团；/n任选的S8、一种或多种中和剂；/nS9、水；和/n任选的S10、催化剂,其能够催化异氰酸酯基团与羟基反应；以及/nS11、有机溶剂,其不含有能与异氰酸酯反应的基团。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯-聚脲分散体，其特征在于，该分散体由包含以下组分的原料反应制得：
S1、一种或多种多异氰酸酯；
S2、一种或多种大分子多元醇，具有在500～5000g/mol的平均分子量，优选1000～2000g/mol；
S3、一种或多种含有酮基的化合物，其至少含有一个能与异氰酸酯反应的基团；
任选的S4、一种或多种小分子扩链剂，其至少含有两个能与异氰酸酯反应的基团，具有在60～499g/mol的分子量；
任选的S5、一种或多种含有活泼氢的多元胺小分子扩链剂，具有在60～499g/mol的分子量；
S6、一种亲水性或具有亲水性潜质的化合物，其至少含有一个能与异氰酸酯反应的基团；
S7、一种含有酰肼基团的化合物，其至少含有两个能与异氰酸酯反应的基团；
任选的S8、一种或多种中和剂；
S9、水；和
任选的S10、催化剂,其能够催化异氰酸酯基团与羟基反应；以及
S11、有机溶剂,其不含有能与异氰酸酯反应的基团。


2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其特征在于，
基于组分S1～S9总质量：
所述组分S1的用量为8.0～25.0wt％，优选9.4～15.0wt％；
所述组分S2的用量为10.0～35.0wt％，优选12.6～26.0wt％；
所述组分S3的用量为0.1～8.0wt％，优选0.17～2.2wt％；
所述组分S4的用量为0～6.0wt％，优选0～2.04wt％；
所述组分S5的用量为0～6.0wt％，优选0～1.2wt％；
所述组分S6的用量为0.1～3.0wt％，优选0.52～2.1wt％；
所述组分S7的用量为0.1～6.0wt％，优选0.34～2.5wt％；
所述组分S8的用量为0～2.0wt％，优选0～1.18wt％；
所述组分S9的用量为40.0～75.0wt％，优选58.0～69.0wt％；
基于组分S1～S6总质量：
所述组分S10的用量为0～2000ppm；
所述组分S11的用量为0.6～2.1倍。


3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其特征在于，组分S1中所述的多异氰酸酯，包括但不限于甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的一种或多种，优选异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；和/或
组分S2中所述的大分子多元醇，包括但不限于聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇-丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚己二酸1,4-丁二醇酯二元醇、聚己二酸新戊二醇酯二元醇、聚己二酸1,6-己二醇酯二元醇和聚己二酸新戊二醇酯1,6-己二醇酯二元醇中的一种或多种，优选使用聚己二酸1,4-丁二醇酯二元醇和/或聚己二酸新戊二醇酯1,6-己二醇酯二元醇；和/或
组分S3所述的含有酮基的化合物，包括但不限于双羟基丙酮、3-[二-(2-羟乙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺、3-[二-(2-羟丙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺、3-[三(羟基甲基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺中的一种或多种，优选为3-[三(羟基甲基)]胺基-N(1,1-二甲基-3-丁酮)丙酰胺。


4.根据权利要求1-3任一项所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其特征在于，组分S4所述的小分子扩链剂，包括但不限于1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇和1,4-环己烷二甲醇中的一种或多种，优选1,4-丁二醇、1,6-己二醇和新戊二醇中的一种或多种；和/或
组分S5所述的含有活泼氢的多元胺小分子扩链剂，包括但不限于乙二胺、六亚甲基二胺、五亚甲基二胺、二亚乙基三胺、异佛尔酮二胺和4,4-二苯基甲烷二胺中的一种或多种，优选乙二胺和/或异佛尔酮二胺；和/或
组分S6中所述的亲水性或具有亲水性潜质的化合物，选自羧酸型和磺酸型中的一种或多种，其中羧酸型...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪学顺，周操，张洁，刘姗，晋云全，胡海东，孙家宽，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，万华化学宁波有限公司，万华化学广东有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37