[发明专利]一种阳离子水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子水性聚氨酯乳液及其制备方法，属于化工产品及其制备方法技术领域。

背景技术

水性聚氨酯是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在连续相(水)中的二元胶体体系。水性聚氨酯以水为介质，施工条件好，生产与应用安全，具有明显的环保价值，同时，水便宜易得，故能明显降低产品成本，因而已越来越引起人们的重视。

阳离子型水性聚氨酯所含的亲水基团是阳离子，根据其结构可以分为胺盐型和季铵盐型。与阴离子型水性聚氨酯有所不同的是，阳离子型水性聚氨酯在预聚体的制备过程中引入叔胺基团，再用酸中和，也可以用卤代烷将大分子链上的叔胺基转化为季铵盐，在均化器中搅拌分散乳化成阳离子型水性聚氨酯。阳离子水性聚氨酯分散液对含阴离子的基质如玻璃、皮革等有很好的粘附性，对水的硬度不敏感，可以在酸性条件下使用，阳离子体系同时具有防污功效。

用于制备水性聚氨酯的异氰酸酯有脂肪族异氰酸酯与芳香族异氰酸酯，由于脂肪族异氰酸酯的价格较高，提高了水性聚氨酯的成本，从而限制了水性聚氨酯的应用。芳香族异氰酸酯如亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)产量较大，可用于对黄变要求不高的水性聚氨酯应用领域，MDI各异构体蒸汽压较低，常温挥发性远小于TDI，可以取代TDI，可以发展成为生产水性聚氨酯的主要原料。

根据取代基NCO的位置，MDI有三种异构体，分别是2，4-MDI，4，4-MDI，和2，2-MDI，常见的MDI-100为4，4-MDI含量为98～100％的MDI，MDI-50为2，4-MDI/4，4-MDI含量比例约在40/60~60/40并含有少量2，2-MDI的MDI异构体混合物。液化MDI为碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯，其组成为4，4-MDI、2，4-MDI、碳二亚胺、脲酮亚胺、多聚体，其中要求NCO含量为28.13％-29.35％之间，二环总量为66.4％-70.5％之间，2，4-MDI含量为0.68％-3.21％之间，官能度2.05～2.15。碳化二亚胺改性MDI结晶析出点一般在10～15℃间，常温下为液态，可在常温下贮存和应用。加入少量的液化MDI，其中引入的微量交联结构可使制得的乳液具有更好的稳定性，提高成膜物质的耐溶剂性和耐水性，引入碳化二亚胺结构提高了胶膜的水解稳定性，而2，4-MDI的存在也增加制品的柔韧性，提高断裂伸长率，使样品具有良好的弹性性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用亚甲基二苯基二异氰酸酯和碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合异氰酸酯组分制造的阳离子水性聚氨酯乳液，且提供一种提高乳液粒子稳定性、胶膜耐水性、耐溶剂性和低污染环保的阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法。

本发明的目的是通过如下措施来实现的：

本发明提供的一种阳离子水性聚氨酯乳液，其特殊之处在于，其原料成分包括：

1)10～40质量份的不同异构体含量的二苯基甲烷二异氰酸酯与碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；

2)26～82质量份的多元醇；

3)0~1质量份有机锡催化剂；

4)1~20质量份小分子扩链剂组合物，其中至少包含25％~100％的可以提供羟基并含有卤素元素、叔胺的扩链剂；

5)1～13质量份的中和剂；

为了进一步实现本发明的目的，所述的异氰酸酯混合物为90~100％的至少含有98％4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯的二苯基甲烷二异氰酸酯异构体混合物和0~10％的碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物。也可以是90~100％的2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯含量45~55％的二苯基甲烷二异氰酸酯异构体混合物和0~10％的碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物。

为了进一步实现本发明的目的，所述多元醇为分子量在800~3000之间的聚氧化亚乙基多醇、聚氧化亚丙基多醇、聚氧化亚乙基亚丙基共聚醚多醇、聚四氢呋喃聚醚、聚酯多醇、聚己内酯多醇、聚碳酸酯多醇。所述小分子扩链剂组合物由0~80％的二元醇与20~100％的提供羟基并含有卤素元素、叔胺的扩链剂组成。所述小分子扩链剂中的二元醇可以是乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、戊二醇、己二醇、一缩二乙二醇、新戊二醇。

为了进一步实现本发明的目的，所述可提供羟基的亲水扩链剂为含有卤素元素、叔胺的扩链剂，常用的有N-甲基二乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。优选N-甲基二乙醇胺。