有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法及应用，有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法包括熟化工序，熟化过程中伴以超声波震荡，具体为：（1）将脱水后的多元醇在溶剂I中溶解，调节温度后加入二异氰酸酯，反应后加入催化剂I继续反应；（2）加入亲水性扩链剂、小分子扩链剂、催化剂II，继续反应；（3）制备预聚体；（5）在超声波震荡下，制备有机氟封端的水性聚氨酯乳液；有机氟封端的水性聚氨酯乳液可用于制备具有微纳米孔结构的仿生超透超防水涂层。本发明专利技术制备的具有微纳米孔结构的仿生超透超防水涂层不同位置未水洗时的耐水压的差值绝对值小于等于16KPa，具有优良的透气及防水性能。防水性能。

【技术实现步骤摘要】
有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于水性微纳米发泡涂（膜）布
，涉及一种有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，超防水材料由于其独特的性质，在国防、日常生活和许多工业领域展示了广阔的应用前景，因此得到了研究者们愈加广泛的研究，也成为了水性聚氨酯功能性开发领域一个重要的研究方向。
[0003]以往超防水涂层通过直涂法制备，一般为表层防水膜结构，超防水性能有待提高。目前基于仿生的思路，以荷叶为启发制备水性聚氨酯仿生超防水涂层，在低表面能的同时赋予其粗糙的微纳米孔结构，使其具有超防水性能；结合微纳米发泡涂布技术形成了超透超防水的高端水性聚氨酯涂层，成为水性聚氨酯功能性开发领域的重要解决思路。
[0004]超防水性能是受涂层表面物理结构和自身的化学组成控制的，因此通过调控水性聚氨酯涂层的表面粗糙物理结构和化学组成来提高其超防水性能，运用在水性微纳米发泡涂（膜）布形成既有微孔透气又有防水性能的超薄超透的涂布技术运用中引入环保的有机氟及脂肪长链，模拟荷叶表面的蜡质层，使涂层具有低表面能。通过物理结构和化学改性双向调控，赋予了水性聚氨酯涂层超强的防水性能。
[0005]专利CN201510264885.0公开了一种有机氟改性超支化水性聚氨酯的制备方法，采用有机氟试剂，通过乳液法，将氟元素引入到聚合物上，得到有机氟改性超支化水性聚氨酯，所得的有机氟改性超支化水性聚氨酯适宜单独使用，也可与其他水性树脂配合，应用于防水涂料、环保型水性胶粘剂、水性涂料等领域。
[0006]专利CN201410599620.1公开了一种水性有机氟改性聚氨酯的制备方法，通过先制备带亲水基团并含
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NCO端基的预聚物，然后加入多元胺水溶液进行扩链，在强烈搅拌下分散到去离子水中，得到均匀、稳定的水性有机氟改性聚氨酯乳液。
[0007]上述专利技术虽然在一定程度上改善了封端产品的防水性能，但是整体的封端产品的性能有待提升，故其封端的反应均质和熟化效果有待于进一步提高。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法及应用，通过超声波震荡熟化合成了一种有机氟（C4或C6）封端的水性聚氨酯，并提供了一种水性微纳米发泡涂（膜）布运用的方法，从而制得一种具有微纳米孔结构的仿生超透超防水涂层。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括熟化工序，熟化过程中伴以超声波震荡；本专利技术的超声波震荡是为了促进熟化过程中封端完全反应，使得反应后的产品更加均质，避免在后面涂层聚氨酯的超薄膜（1~40μm）上残留未封端的聚氨酯结构，确保产品
没有防水的盲点，以形成更大的防水疏水夹角。
[0010]作为优选的技术方案：如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，具体步骤如下：（1）将脱水后的多元醇在溶剂I中溶解，调节反应温度为80℃后，加入二异氰酸酯，反应0.5~1h后加入催化剂I，继续反应1~4h；（2）向步骤（1）的体系中加入亲水性扩链剂、小分子扩链剂、催化剂II，继续反应1~2h；（3）向步骤（2）的体系中加入封端剂、催化剂III，于80~86℃下反应1.5~2h；（4）将步骤（3）的体系降温至50~60℃，加入溶剂II和中和剂后反应15~30min得到预聚体；（5）在超声波震荡下，将步骤（4）得到的预聚体在剪切速度为1000~1800r/min的条件下分散到去离子水中，并逐滴加入后扩链剂，减压蒸馏脱去溶剂，得到有机氟封端的水性聚氨酯乳液。
[0011]如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，按重量份数计，各组分的加入量为：多元醇20~30份，溶剂I 100~150份，二异氰酸酯50~60份，催化剂I 0.1份，亲水性扩链剂8~10份，小分子扩链剂4~5份，催化剂II 0.1份，封端剂1~1.5份，催化剂III 0.1份，溶剂II 50~100份，中和剂5~8份，去离子水300~500份，后扩链剂3~5份。
[0012]如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，步骤（1）中，多元醇为聚四氢呋喃二醇（分子量为150~1000）、丁二醇、己二醇、三乙二醇或四甘醇；溶剂I为N
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甲基吡咯烷酮（NMP）；二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）；催化剂I为1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯（DBU）。
[0013]如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，步骤（2）中，亲水性扩链剂为2,2
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二羟甲基丙酸（DMPA）；小分子扩链剂为二甘醇（DEG）；催化剂II为1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯（DBU）。
[0014]如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，步骤（3）中，封端剂为1H,1H,2H,2H
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全氟己基溴或1
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溴全氟己烷；催化剂III为碳酸氢钠。
[0015]现有技术制备水性聚氨酯乳液时从未用过DBU作为催化剂，DBU主要使用在聚酯材料的合成中，其用于聚酯缩合反应时，可以仅仅使用室温进行反应，不需要加热，碳酸氢钠则为羟基与溴反应的常规催化剂；本专利技术采用DBU和碳酸氢钠作为催化剂，不仅能够与超声波震荡配合加速长链封端反应和促进整体反应均质，还能减少有机金属催化剂的使用，具备绿色环保的效果，同时由于溶解性较好，可在第四步中除去，减少残留的杂质对材料的影响。
[0016]如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，步骤（4）中，溶剂II为丙酮；中和剂为三乙胺（TEA）。
[0017]如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，步骤（5）中，后扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠（A50）；超声波震荡的频率为40~100KHz，超声波震荡的时间为0.5~2h。
[0018]本专利技术还提供如上所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的应用，用于制备具有微纳米孔结构的仿生超透超防水涂层；具体过程为：采用微纳米发泡机对水性发泡胶进行发泡处理得到气泡后进行微凹高精涂布；
水性发泡胶由有机氟封端的水性聚氨酯乳液100份、0.1~5份水性匀泡剂（硅油类水性匀泡剂或非硅油类水性匀泡剂）、0.1~5份硅树脂聚醚乳液类（MPS）水性稳泡剂和余量的水；水性发泡胶的粘度为500~1200cps；微纳米发泡机的发泡控制参数包括：气泡比重350~700g/L，搅拌头工作转速250~400r/min，泵的输出量400~500L/h，气泡的直径在5μm以下。
[0019]作为优选的技术方案：如上所述的应用，具有微纳米孔结构的仿生超透超防水涂层的厚度为10~18μm，未水洗时的耐水压为180~200KPa，不同位置未水洗时的耐水压的差值绝对值小于等于16KPa，水洗50次后的耐水压为140~165KPa。
有益效果
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，包括熟化工序，其特征在于：熟化过程中伴以超声波震荡。2.根据权利要求1所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将脱水后的多元醇在溶剂I中溶解，调节反应温度为80℃后，加入二异氰酸酯，反应0.5~1h后加入催化剂I，继续反应1~4h；（2）向步骤（1）的体系中加入亲水性扩链剂、小分子扩链剂、催化剂II，继续反应1~2h；（3）向步骤（2）的体系中加入封端剂、催化剂III，于80~86℃下反应1.5~2h；（4）将步骤（3）的体系降温至50~60℃，加入溶剂II和中和剂后反应15~30min得到预聚体；（5）在超声波震荡下，将步骤（4）得到的预聚体在剪切速度为1000~1800r/min的条件下分散到去离子水中，并逐滴加入后扩链剂，减压蒸馏脱去溶剂，得到有机氟封端的水性聚氨酯乳液。3.根据权利要求2所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，按重量份数计，各组分的加入量为：多元醇20~30份，溶剂I 100~150份，二异氰酸酯50~60份，催化剂I 0.1份，亲水性扩链剂8~10份，小分子扩链剂4~5份，催化剂II 0.1份，封端剂1~1.5份，催化剂III 0.1份，溶剂II 50~100份，中和剂5~8份，去离子水300~500份，后扩链剂3~5份。4.根据权利要求2所述的有机氟封端的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，多元醇为聚四氢呋喃二醇、丁二醇、己二醇、三乙二醇或四甘醇；溶剂I为N
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉林，汪明星，沈红霞，陈雨晴，
申请(专利权)人：吴江市汉塔纺织整理有限公司，
类型：发明
国别省市：