一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂及其制备方法和应用，涉及聚氨酯固化剂加工技术领域。本发明专利技术是将官能度≥3的多异氰酸酯预聚物、封闭剂与催化剂在助溶剂中进行封端反应，再依次加入阳离子扩链剂与二异氰酸酯单体进行反应，最后加入中和剂进行中和，从而获得水性阳离子聚氨酯固化剂。本发明专利技术具有成本低、反应易控制且工艺简单的特点。同时本发明专利技术制备的封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂具有自乳化、水分散性好以及固含量高的特点。水分散性好以及固含量高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯固化剂加工
，具体涉及一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前国内对于水性聚氨酯固化剂的研究尚处于起步阶段，大部分产品基本依赖进口，而且市面上售卖的水性聚氨酯固化剂多为阴离子型水性固化剂与非离子型水性固化剂，而阳离子型水性固化剂因为含阳离子的羟基合成树脂品类少，其本身的制备工艺复杂、成本高、稳定性欠佳等原因，应用大大受到限制。近几年发现阳离子水性聚氨酯树脂在纺织和皮革涂饰等方面应用时，不仅渗透性好，而且具有优良的抗菌、防霉、防尘等功能，阳离子水性聚氨酯对疏水聚酯、植物纤维具有很好的浸润性和粘接性，同时对水的硬度不敏感，可在酸性条件下使用，在纺织、皮革、造纸以及木器涂料等领域具有较好的应用前景。为了提高阳离子水性聚氨酯树脂的性能，采用阳离子水性固化剂对阳离子水性聚氨酯树脂进行固化是有效途径，因此引发了本领域技术人员对阳离子型水性固化剂研究的极大兴趣。
[0003]目前有关专利、文献公开的封闭型阳离子型水性聚氨酯固化剂的合成研究多集中于通过改变多元醇和二异氰酸酯结构等来调变水性聚氨酯固化剂的性能，其制备工艺基本是：先制备端头带
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NCO基的多异氰酸酯预聚物，再引入阳离子亲水基团，制成含叔胺基的端头带
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NCO基的多异氰酸酯预聚物，然后再将端头
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NCO基团封闭，最后用酸中和成季铵盐，得封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂。以上方案所采用的阳离子亲水剂是含叔胺基的二羟基化合物，叔胺基对异氰酸酯基与羟基的反应具有强烈的催化作用，从而使反应速度难以控制，容易发生爆聚，产生凝胶等现象。为了避免这种现象，需要加入大量的溶剂，因此难以制备高固含量的产品，例如中国专利CN200910023766.0公开的《一种水基阳离子封闭多异氰酸酯交联固化剂的制备方法》将二异氰酸酯与三官能度羟基化合物反应制备端头带
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NCO的多异氰酸酯预聚物，再将阳离子亲水基团引入多异氰酸酯预聚物中，用二元醇或二元胺扩链后加酸成盐，最后加水和封端剂对异氰酸酯基团进行封闭并分散成固含量25％的乳液。此工艺路线在现有技术文献中也是如此报道，例如印染期刊(2010No.22)发表的《封闭型阳离子水性聚氨酯的合成与应用》，先以聚醚多元醇与二异氰酸酯反应制备端头为
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NCO基团的多异氰酸酯预聚物，再加入N
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甲基二乙醇胺接上阳离子亲水基，然后再将预聚物端头
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NCO进行封闭，最后加酸进行季铵化，得封闭型阳离子型水性聚氨酯；又例如印染助剂期刊(第29卷第2期2012年2月)发表的《有机硅改性封闭型阳离子水性聚氨酯的合成与性能》，先以聚醚二元醇和羟基硅油改性剂与二异氰酸酯反应生成端头带
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NCO基团的预聚物，再加入N
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甲基二乙醇胺，然后加入封闭剂甲乙酮肟，最后加酸中和，得有机硅改性封闭型阳离子水性聚氨酯乳液；再例如纸和造纸期刊(2012年5月第31卷第5期)发表的《封端型阳离子水性聚氨酯纸张增强剂的制备与应用》，先加入IPDI与聚己内酯二醇反应，接着加入N
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甲基二乙醇胺和胺类扩链剂反应，得到
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NCO封端聚氨酯预聚物，再加入咪唑封闭剂，最后加入乙酸中和，得封闭型阳离子水性聚氨酯乳液。上述现有技术文献公开的制备封闭型阳离子水性聚
氨酯的技术路线基本都是相同的，都是先制备成端头带
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NCO封端的预聚物，再接上阳离子亲水基团，最后将端头
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NCO封闭，并中和成季铵盐。该工艺技术路线在引入阳离子亲水基团步骤时，由于阳离子叔胺的催化作用，使得预聚物大分子的
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NCO与羟基的反应速度加快，为防止粘度骤然上升，需加入大量溶剂降粘，不仅制备的产品固含量低，而且工艺复杂，制造成本高。
[0004]鉴于目前的环保形势及市场需求，提供一种高固含量的封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，并简化其制备工艺，降低生产成本非常重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，该固化剂具有自乳化、水分散性好、固含量高的特点。
[0006]本专利技术还提出一种上述封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂的制备方法，该方法具有反应速度易控制，工艺简单，生产成本低的特点。
[0007]本专利技术还提出了一种上述封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂的应用。
[0008]本专利技术考虑到在多异氰酸酯预聚物结构引入阳离子亲水基团，也即引入了叔胺基团，而多异氰酸酯预聚物的分子量比较大，官能度也比较高，叔胺的催化作用是造成制备工艺复杂和大量使用有机溶剂的主要影响因素。为了减少叔胺对多异氰酸酯预聚物分子量快速增长的影响，本专利技术在配方和制备工艺方面进行了改进。
[0009]本专利技术一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，其中所述固化剂为含有叔胺基的封闭多异氰酸酯预聚物；所述含有叔胺基的封闭多异氰酸酯预聚物是由多异氰酸酯预聚物、封闭剂与催化剂在助溶剂中进行封端反应，再加入阳离子扩链剂进行反应，尔后加入二异氰酸酯单体进行反应，最后加入中和剂进行中和而成；
[0010]所述多异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基与二异氰酸酯单体的异氰酸酯基其摩尔比为1：(0.1～1)；
[0011]所述封闭剂为二元酯，所述二元酯的摩尔数与多异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基的摩尔数之比为(1～1.2)：1；
[0012]所述阳离子扩链剂为乙醇胺，所述二异氰酸酯单体的异氰酸酯基与阳离子扩链剂的羟基其摩尔比为1：(1.3～2)；
[0013]所述中和剂为冰醋酸，所述冰醋酸与阳离子扩链剂的摩尔比为(1～1.2：1)；
[0014]所述多异氰酸酯预聚物的平均官能度≥3。
[0015]优选的，所述多异氰酸酯预聚物为甲苯二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯加成物、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯加成物、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯加成物、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯加成物中的至少一种。
[0016]优选的，所述助溶剂为酯类、酮类、二醇醚酯类、酰胺类溶剂中的至少一种，优选为二醇醚酯类溶剂。
[0017]优选的，所述封闭剂为丙二酸二乙酯、丙二酸二甲酯、乙酰乙酸乙酯中的至少一种。
[0018]优选的，所述催化剂为质量浓度30％的甲醇钠甲醇溶液或乙醇钠乙醇溶液。
[0019]优选的，所述阳离子扩链剂为N
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甲基二乙醇胺、N
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乙基二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
[0020]优选的，所述二异氰酸酯单体为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种，优选为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。
[0021]优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述固化剂为含有叔胺基的封闭多异氰酸酯预聚物；所述含有叔胺基的封闭多异氰酸酯预聚物是由多异氰酸酯预聚物、封闭剂与催化剂在助溶剂中进行封端反应，再加入阳离子扩链剂进行反应，然后加入二异氰酸酯单体进行反应，最后加入中和剂进行中和而成；所述多异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基与二异氰酸酯单体的异氰酸酯基摩尔数之比为1：(0.1～1)；所述封闭剂为二元酯，所述二元酯与多异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基的摩尔比为(1～1.2)：1；所述阳离子扩链剂为乙醇胺，所述二异氰酸酯单体的异氰酸酯基与阳离子扩链剂的羟基摩尔比为1：(1.3～2)；所述中和剂为冰醋酸，所述冰醋酸与阳离子扩链剂的摩尔比为(1～1.2：1)；所述多异氰酸酯预聚物的平均官能度≥3。2.根据权利要求1所述封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述多异氰酸酯预聚物为甲苯二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯加成物、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯加成物、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯加成物、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯加成物中的至少一种。3.根据权利要求1所述封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述助溶剂为酯类、酮类、二醇醚酯类、酰胺类溶剂中的至少一种，优选为二醇醚酯类溶剂。4.根据权利要求1所述封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述封闭剂为丙二酸二乙酯、丙二酸二甲酯、乙酰乙酸乙酯中的至少一种。5.根据权利要求1所述封闭型阳离子水性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述催化剂为质量浓度30％的甲醇钠甲醇溶液或乙醇钠乙醇溶液，加入量为封闭剂质量的0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓鸿，何绍群，陆佩仪，冯展乐，周建明，
申请(专利权)人：佛山市精信汇明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：