[发明专利]一种水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精细高分子材料领域，更具体地说，是涉及一种水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

聚氨酯是一种重要的高分子材料，具有硬度高、柔韧性好、耐磨、附着力强、成膜温度低，以及可室温固化等优异性能，被广泛应用于织物、皮革涂饰及粘合剂、涂料等领域。其中，作为粘合剂是其主要应用之一。聚氨酯粘合剂包括溶剂型和水性两类。溶剂型聚氨酯粘合剂中的溶剂挥发不仅造成环境污染，而且在食品袋内的残留还会影响食品的质量与安全。近年来，随着人类对环境保护和食品安全要求的不断提升，对水性聚氨酯乳液的研究与开发已成为当今聚氨酯领域的重要研究方向。

例如，美国专利No.5,907,012中披露了一种用于基材复合的水性聚氨酯乳液粘合剂。该专利采用羧酸盐作为亲水体系，首先是在二异氰酸酯和聚多元醇发生预聚反应时，向聚氨酯分子链上引入羧酸基团，接着用三乙胺将树脂中和，再加水对树脂进行乳化，最后用多元胺对预聚物进行扩链或封端。由于该专利采用了小分子胺类物质，所以用该粘合剂复合制得的包装袋会使得小分子胺渗透或迁移到包装物中，特别是食品中。对用该粘合剂复合制得的包装袋进行萃取，测试迁移物，检测到迁移出来的胺类物质为0.5-2.6μg/in²。此外，用该方法制备的水性聚氨酯乳液中固含量仅为35％(未经特殊说明，本文所涉及的百分数均以重量计)，而粘度却高达55mPa.s。由于乳液的粘度较高，这对施工使用和胶液铺展都不利。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种不含任何挥发性小分子胺、固含量高且粘度较低的水性聚氨酯乳液。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备水性聚氨酯乳液的方法。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种水性聚氨酯乳液，它是通过使数均分子量为600-5000的聚多元醇和多异氰酸酯反应，制备异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体，接着用小分子多元醇对预聚物进行扩链，然后再用带活泼氢的磺酸型扩链剂对预聚物进一步扩链，进而加水乳化而得到的。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制备水性聚氨酯乳液的方法，该方法包括以下主要步骤：

(1)向反应器中加入聚多元醇并加热熔化，在一定的温度和真空度下脱水，将体系的温度降至70-90℃时，加入多异氰酸酯，将物料搅拌均匀，反应1.5-3h后再加入小分子多元醇，继续反应1.5-3h，制得预聚物；

(2)向预聚物中加入一定量丙酮，对预聚物进行溶解稀释；将预聚物降温到30-50℃，向其中加入带活泼氢的磺酸型扩链剂与适量水，反应10-30min后加水乳化，并减压蒸馏出丙酮，即得水性聚氨酯乳液。

本发明采用带活泼氢的磺酸型扩链剂对聚氨酯预聚物进行扩链处理，由此制备的水性聚氨酯乳液在具有高固含量的同时，能够保持很低的粘度，这使得胶液的施工性和铺展性得到了极大改善，并可以使产品的生产控制更为简便，更好地保证了产品性能的稳定性。此外，由于本发明没有使用任何低沸点的小分子胺类物质，因此用该乳液所粘接复合的产品中没有残留的氨味。该乳液可用于纤维、纸张、泡沫体的粘接，尤其适用于食品包装薄膜(如BOPP、PET、PE等塑料薄膜、铝箔)复合及鞋材(如真皮、PVC革、TPR、EVA材料等)的贴合。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更详细地说明。

本发明提供了一种水性聚氨酯乳液，它是通过使数均分子量为600-5000的聚多元醇和多异氰酸酯反应，制备异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体，接着用小分子多元醇对预聚物进行扩链，然后再用带活泼氢的磺酸型扩链剂对预聚物进一步扩链，进而加水乳化而得到的。该水聚氨酯乳液的固含量不低于40％，外观呈乳白色带蓝光。

该水性聚氨酯乳液主要用于粘接非吸水性基材，该类基材的表面张力大多为32-40mN/m，而水的表面张力是72mN/m，水性聚氨酯粘合剂的表面张力较基材大，较难润湿基材。因此，优选地，本发明的水性聚氨酯粘合剂还含有适量表面活性剂来降低其表面张力，以更好地润湿基材并铺展成膜。