一种水性聚氨酯乳液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚氨酯制备领域，尤其涉及一种水性聚氨酯乳液及其制备方法。本发明专利技术基于两亲性一维纳米材料替代传统的小分子表面活性剂作为水性聚氨酯乳液的乳化剂制备水性聚氨酯，在两亲性一维纳米材料水分散液中加入亲水性高分子，利用两亲性一维纳米材料与亲水性高分子之间的氢键相互作用，将亲水性高分子覆盖在两亲性一维纳米材料的表面，弱化两亲性一维纳米材料和水之间的相互作用，通过高速剪切实现表面包覆有亲水性高分子的纳米粒子在聚氨酯胶粒表面形成膜或网络，获得稳定的水性聚氨酯乳液。乳液。乳液。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯乳液及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚氨酯制备领域，尤其涉及一种水性聚氨酯乳液及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是指分子链中含有氨基甲酸酯基团的一类高分子化合物。水性聚氨酯是以水作分散相，经乳化过程将聚氨酯预聚体以微小颗粒分散于水介质中的两相体系，整个制备过程不用或少用有机溶剂，在保持传统聚氨酯一定优异性能的同时，还具有不燃、节能、绿色环保等特点，契合了当前环境环保所提出的节能减排要求。
[0003]稳定的水性聚氨酯乳液是水性聚氨酯应用的前提，在水性聚氨酯乳液制备过程中，稳定的水性聚氨酯乳液的获得可通过外加大量小分子乳化剂的外乳化法和/或在聚氨酯分子链上引入大量亲水基团的内乳化法获得，其中外乳化法中小分子乳化剂的大量使用会使得最终获得的水性聚氨酯产品耐水性差、胶层物理机械性能差等；内乳化法中亲水基团在提高水性聚氨酯乳液存储稳定性的同时亦会使得水性聚氨酯胶膜耐水性能变差，这在一定程度限制了其在高性能材料领域的应用。
[0004]因此，开发一种不含小分子乳化剂或含少量亲水基团的水性聚氨酯乳液具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种水性聚氨酯乳液的制备方法，以两亲性一维纳米材料/亲水性高分子作为乳化剂制备水性聚氨酯乳液，在两亲性一维纳米材料水分散液中加入亲水性高分子，利用两亲性纳米粒子与亲水性高分子之间的氢键相互作用，将亲水性高分子覆盖在两亲性纳米粒子的表面，弱化两亲性纳米粒子和水之间的相互作用，获得制备水性聚氨酯乳液的乳化体系。本专利技术以表面包覆有亲水性高分子的纳米粒子作为新型的水性聚氨酯制备乳化体系，避免了传统水性聚氨酯乳液制备中外加大量小分子乳化剂或引入较多亲水基团引起的水性聚氨酯膜性能下降的问题。该方法简单易行，以传统聚氨酯合成工艺为基础，利用两亲性纳米粒子替代传统的小分子表面活性剂，该加入方式在改善水性聚氨酯膜耐水性的同时，可进一步增强纳米粒子与水性聚氨酯粒子之间的界面相互作用，二者形成协同作用，相较在水性聚氨酯乳液中直接混入纳米填料的方式，可实现同时增强增韧水性聚氨酯。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液以质量百分比100％计包括如下质量含量的原料组分：(10
‑
70)％的聚氨酯预聚体、(0.1
‑
20)％的两亲性一维纳米材料、(0.1
‑
20)％的亲水性高分子，其余为水；所述聚氨酯预聚体是二异氰酸酯、大分子多元醇在小分子扩链剂和催化剂存在条件下进行预聚反应后的产物。
[0008]进一步的，所述水性聚氨酯乳液以质量百分比100％计包括如下质量含量的原料组分：(19
‑
50)％的聚氨酯预聚体、(0.1
‑
5)％的两亲性一维纳米材料、(0.1
‑
5)％的亲水性
高分子，其余为水。
[0009]优选的，所述催化剂为辛酸亚锡；
[0010]优选的，所述步骤1)中，二异氰酸酯与大分子多元醇摩尔比为(1
‑
10):1，优选为(1
‑
5):1；二异氰酸酯与小分子扩链剂的摩尔比为(1
‑
10):1，优选为(5
‑
10):1；
[0011]优选的，所述大分子多元醇选自聚醚多元醇、己二酸型聚酯多元醇、苯酐型聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇和二聚酸聚脂多元醇中的一种或几种，所述大分子多元醇的数均分子量为500
‑
5000，更优选为：分子量2000的聚四氢呋喃醚二醇或分子量2000的聚己内酯二元醇。
[0012]优选的，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、三甲基己基二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或几种。
[0013]优选的，所述小分子扩链剂包括乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、1,4
‑
环己二醇、氢化双酚A、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙基甲苯二胺、3,5
‑
二甲硫基甲苯二胺、2,2
‑
二羟甲基丙酸、2,2
‑
二羟甲基丁酸、甲基二乙醇胺、1,4
‑
丁二醇、1,6
‑
己二醇、1,2
‑
二溴丁二醇、2,3
‑
二溴丁二醇、含羧基半酯二元醇、N,N
‑
二羟基单马来酰胺酸、间二氨基苯甲酸、1，2
‑
二羟基
‑3‑
丙磺酸钠、乙二胺基乙磺酸盐、乙二羟基乙磺酸盐、2,4
‑
二氨基苯磺酸钠、1,2
‑
二氨基
‑
β
‑
丙磺酸盐、1,3
‑
二胺基
‑
β
‑
丙磺酸盐中一种或几种。
[0014]优选的，所述亲水性高分子包括聚乙二醇、乳糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、醋酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素钠中一种或几种；所述亲水性高分子不局限于此。
[0015]优选的，所述两亲性一维纳米材料选自纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维中的一种或几种；
[0016]本专利技术还提供了上述水性聚氨酯乳液的制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)预聚反应：在大分子多元醇中依次加入二异氰酸酯、小分子扩链剂、催化剂进行预聚反应后，得到聚氨酯预聚体；
[0018](2)乳化反应：将聚氨酯预聚体加入水分散相中进行乳化得到水性聚氨酯乳液，其中水分散相由两亲性一维纳米材料、亲水性高分子、水组成。
[0019]优选的，所述制备方法具体包括如下步骤：
[0020]1)预聚反应：将大分子多元醇加入反应釜中，在真空条件下加热脱水(优选为加热至90
‑
100℃脱水0.5
‑
2h)，降温至40
‑
60℃后，向反应釜中通保护气，同时撤去真空设备，向其中依次加入二异氰酸酯、小分子扩链剂、催化剂，搅拌升温至50
‑
80℃，然后在此温度以及保护气下保温1
‑
6h后得聚氨酯预聚体；
[0021]2)乳化过程：将步骤1)所得聚氨酯预聚体加入装有两亲性一维纳米材料、亲水性高分子和水的乳化器中进行乳化，乳化的具体步骤为：在6000
‑
20000r/min的条件下预乳化5
‑
30min，然后在1000
‑
2000的条件下继续搅拌1
‑
3h，得水性聚氨酯乳液。
[0022]本专利技术所得水性聚氨酯乳液的粒径为50
‑
1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液以质量百分比100％计包括如下质量含量的原料组分：(10
‑
70)％的聚氨酯预聚体、(0.1
‑
20)％的两亲性一维纳米材料、(0.1
‑
20)％的亲水性高分子，其余为水；所述聚氨酯预聚体是二异氰酸酯、大分子多元醇在小分子扩链剂和催化剂存在条件下进行预聚反应后的产物。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述大分子多元醇选自聚醚多元醇、己二酸型聚酯多元醇、苯酐型聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇和二聚酸聚脂多元醇中的一种或几种，所述大分子多元醇的数均分子量为500
‑
5000；所述催化剂为辛酸亚锡。3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述步骤1)中，二异氰酸酯与大分子多元醇的摩尔比为(1
‑
2):1，二异氰酸酯与小分子扩链剂的摩尔比为(1
‑
10):1。4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、三甲基己基二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述小分子扩链剂包括乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、1,4
‑
环己二醇、氢化双酚A、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙基甲苯二胺、3,5
‑
二甲硫基甲苯二胺、2,2
‑
二羟甲基丙酸、2,2
‑
二羟甲基丁酸、甲基二乙醇胺、1,4
‑
丁二醇、1,6
‑
己二醇、1
‑4‑
二溴
‑2‑3‑
丁二醇、2.3
‑
二溴
‑
1.4
‑
丁二醇、含羧基半酯二元醇、N,N
‑
二羟基单马来酰胺酸、间二氨基苯甲酸、1,2
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立娟，张建明，张博文，张安琪，李玉龙，段咏欣，袁媛，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：