【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚氨酯多元醇水性分散，具体地，涉及一种超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体及其无溶剂化制备方法。
技术介绍
1、随着人们的卫生保健、环保意识、法律意识的增强，在化工新材料领域，聚合物树脂的制备工艺正逐步由溶剂型转向水性化。水性羟基树脂是一种水性分散体，主要分为聚丙烯酸酯多元醇分散体(oh-pad)、聚酯多元醇分散体(oh-ped)和聚氨酯多元醇分散体(oh-pud)，其中，oh-pad具有分散体低固、高粘，固化膜热粘冷脆的缺点，而oh-ped易水解，干燥速度慢，固化膜通常表现出较差的耐水性；与oh-pad和oh-ped相比，oh-pud可通过软硬段含量的调整可灵活调整涂膜的性能的特点，固化膜也因其高性能和低挥发性有机溶剂(voc)的特点而在涂料、胶粘剂、皮革、纺织等领域获得广泛应用，是理想的水性羟基树脂。
2、经检索，关于聚氨酯多元醇分散体的相关研究已经有相关报道：张旭东等通过二乙醇胺(dea)或乙二胺(eda)与pu预聚物反应制得oh-pud，由于其pu预聚物倾向于优先与eda反应，导致oh-pud的羟基官能团和含量较低，更难固化；liu等采用丙酮法通过氨丁三醇与pu预聚物反应制得oh-pud；夏亚敏等采用n-甲基吡咯烷酮法通过二乙醇胺、1,4-丁二醇、一缩乙二醇与pu预聚物反应得到oh-pud；专利cn 102597039b公开了一种水可分散的聚氨酯，该专利制备过程使用了有机溶剂，聚氨酯结构种含有脲基、羟基，固含量近40％；专利cn109503798a公开了一种高羟基含量聚氨酯水分散体的制备，该专利制
3、关于高固含水性聚氨酯的专利也有诸多报道：专利cn 11132743a公开了一种高固体含量二氧化碳基阳离子水性聚聚氨酯及其制备方法，制备过程使用了大量2-丁酮作溶剂，得到的水性聚氨酯树脂的固含量可达60～63％，但粘度高达600-900，易导致乳液不稳定；专利cn 111533881a公开了一种水性高固含量聚氨酯的制备方法，制备过程使用了少量丙酮作溶剂，得到的水性聚氨酯树脂的固含量可达45～48％；专利cn1786055a公开了一种双组份高固含量水性聚氨酯及其制备方法与应用，制备过程用了丙酮等作溶剂，得到的水性聚氨酯树脂的固含可达50-54％，但粘度均不低于450mpa.s。
4、聚氨酯(pu)多元醇分散体通常是通过使用过量的二醇封端pu预聚物的异氰酸酯(nco)基团，然后中和分散得到的一种水性羟基树脂，不仅可与氨基树脂搭配高温固化成膜，还可与水性异氰酸酯搭配低温固化成膜。与传统的溶剂型聚氨酯相比，聚氨酯水性分散体存在两个共性难题：1)水的潜蒸发热高，水性聚氨酯的干燥速度慢，使用效率低；2)固含量低，一般水性聚氨酯的固含量低于30％，大量的水延长了固化时间，难以满足实际使用要求。因此，高固、无溶剂、低亲水含量的水性聚氨酯更符合“5e”原则，具有重要的经济价值和实用价值。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体及其无溶剂化制备方法，在所述聚氨酯多元醇水性分散体的组分中，聚合物二元醇的分子量在200-1500，主链重复单元中的碳原子在4个以上，主链在c4以上的聚合物二元醇更具亲油性，使其制备的聚氨酯多元醇更容易具有亲油性和亲水性的两亲性特征，能够有效减少聚合物链在水相中的舒展链比例，提高聚氨酯多元醇在水中的分散能力，进而提高了整体水性分散体的固含量。
2、本专利技术第一方面提供一种超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，所述聚氨酯多元醇水性分散体包括按照质量百分比计算的组分：聚氨酯多元醇40～80wt％、催化剂0.01～2wt％、中和剂0.1～3wt％、去离子水20～60wt％，其中，所述聚氨酯多元醇包括聚合物二元醇25～55wt％、多异氰酸酯3～23wt％、多元醇0.3～4wt％、羟酸化合物1～7wt％。
3、在一实施方式中，所述聚合物二元醇的数均分子量为200～1500，所述多元醇的分子量为60～400，所述聚合物二元醇的主链重复单元中的碳原子个数大于4。
4、在一实施方式中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、n-甲基吗啉、n-甲基咪唑、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、二(十二烷基硫)二丁基锡、二甲基乙醇胺、二甲基环己胺、三亚乙基二胺中的一种或多种。
5、在一实施方式中，所述中和剂为三乙胺、二甲基乙醇胺、1-乙基哌啶、二甲基异丙基胺、二乙基乙醇胺、2-氨基-2-二甲基丙醇中的一种或多种。
6、在一实施方式中，所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃二醇、己二酸系聚酯二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚酯聚碳酸酯共聚二醇中的一种或多种。
7、在一实施方式中，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、hdi三聚体、ipdi三聚体中的一种或多种。
8、在一实施方式中，所述多元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二甲基-1，3丙二醇、新戊二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、3-羟基-2,2-二甲基-3-羟基-2,2-二甲基丙基丙酸酯、1,4-环己烷二甲醇、三甲基戊二醇、β-羟烷基酰胺、异山梨醇、三羟甲基乙烷、甘油、1,2,6-己三醇中的一种或多种。
9、在一实施方式中，所述羟酸化合物为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、4,4'-二羟基丁烷磺酸钠、乙二羟基乙磺酸钠中的一种或多种。
10、本专利技术第二方面提供了上述超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体的无溶剂化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
11、s1、将所述聚合物二元醇、所述多元醇、所述羟酸化合物加入反应釜中，升温至80～160℃开始搅拌；
12、s2、待所述步骤s1中的反应液均匀后降温至60～90℃，加入所述催化剂后继续搅拌，待反应液均匀后再加入所述多异氰酸酯，升温至90～160℃开始反应；
13、s3、反应结束后将反应液降温至70～110℃，向其中加入所述中和剂和所述去离子水；
14、s4、将步骤s3中的反应液在60～100℃下保温1～3h，保温完成后降温至40℃，过滤得到所述超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体。
15、在一实施方式中，在所述步骤s2中，反应完成的标志为反应液中的游离异氰酸酯的质量分数小于0.3wt％。
16、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
17、1、本专利技术提供的一种超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体的组分中，聚合物二元醇主链重复单元中的碳原子在4个以上，主链在c4以上的聚合物二元醇更具有亲油性，其制备的聚氨酯多元醇更容易具有亲油性和亲水性的两亲特性，能够减少聚合物链在水中的舒展链比例，提高聚氨酯多元醇在水中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述聚氨酯多元醇水性分散体包括按照质量百分比计算的组分：聚氨酯多元醇40～80wt％、催化剂0.01～2wt％、中和剂0.1～3wt％、去离子水20～60wt％，其中，所述聚氨酯多元醇包括聚合物二元醇25～55wt％、多异氰酸酯3～23wt％、多元醇0.3～4wt％、羟酸化合物1～7wt％。
2.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述聚合物二元醇的数均分子量为200～1500，所述多元醇的分子量为60～400，所述聚合物二元醇的主链重复单元中的碳原子个数大于4。
3.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、N-甲基吗啉、N-甲基咪唑、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、二(十二烷基硫)二丁基锡、二甲基乙醇胺、二甲基环己胺、三亚乙基二胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述中和剂为三乙胺、二甲基乙醇胺、1-乙基哌啶、二甲基异丙基胺
5.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃二醇、己二酸系聚酯二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚酯聚碳酸酯共聚二醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、HDI三聚体、IPDI三聚体中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述多元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二甲基-1，3丙二醇、新戊二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、3-羟基-2,2-二甲基-3-羟基-2,2-二甲基丙基丙酸酯、1,4-环己烷二甲醇、三甲基戊二醇、β-羟烷基酰胺、异山梨醇、三羟甲基乙烷、甘油、1,2,6-己三醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述羟酸化合物为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、4,4'-二羟基丁烷磺酸钠、乙二羟基乙磺酸钠中的一种或多种。
9.一种如权利要求1～8所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体的无溶剂化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体的无溶剂化制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，反应完成的标志为反应液中的游离异氰酸酯的质量分数小于0.3wt％。
...【技术特征摘要】
1.一种超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述聚氨酯多元醇水性分散体包括按照质量百分比计算的组分：聚氨酯多元醇40～80wt％、催化剂0.01～2wt％、中和剂0.1～3wt％、去离子水20～60wt％，其中，所述聚氨酯多元醇包括聚合物二元醇25～55wt％、多异氰酸酯3～23wt％、多元醇0.3～4wt％、羟酸化合物1～7wt％。
2.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述聚合物二元醇的数均分子量为200～1500，所述多元醇的分子量为60～400，所述聚合物二元醇的主链重复单元中的碳原子个数大于4。
3.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、n-甲基吗啉、n-甲基咪唑、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、二(十二烷基硫)二丁基锡、二甲基乙醇胺、二甲基环己胺、三亚乙基二胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述中和剂为三乙胺、二甲基乙醇胺、1-乙基哌啶、二甲基异丙基胺、二乙基乙醇胺、2-氨基-2-二甲基丙醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超高固含量的聚氨酯多元醇水性分散体，其特征在于，所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃二醇、己二酸系聚酯二醇、聚己...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄胜，张子健，
申请(专利权)人：上海金力泰化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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