[发明专利]一种耐碱性水性聚氨酯乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐碱性水性聚氨酯乳液的制备方法。

背景技术

使用聚合物乳液改性水泥砂浆以及混凝土具有长达80年的历史，聚合物乳液能有效提高水泥砂浆以及混凝土的抗渗性能、粘结性能、防碳化性能、抗冻融性能以及韧性等性能。尤其是随着现代建筑向大跨度、高层化发展，对水泥砂浆以及混凝土韧性的研究成为了广受关注的领域，使得聚合物乳液在越来越多的工程中获得了应用。目前用于水泥砂浆及混凝土改性的聚合物乳液主要为丙烯酸酯乳液、丁苯乳液和聚醋酸乙烯酯乳液，由于它们的力学模量低、在水泥砂浆及混凝土中的掺量大，提高水泥砂浆及混凝土韧性的同时也使其强度较大幅度下降。

聚氨酯(polyurethane)是由多异氰酸酯、多元醇或多元胺通过逐步聚合反应制得，分子链上除了氨基甲酸酯基外，往往还含有醚基、酯基、脲基、酰胺基等基团，容易形成氢键，形成微相分离，具有极强的内聚力，具有优越的力学性能和灵活的分子设计性。

为了能在水泥砂浆及混凝土体系中良好的分散，需要使用水性聚氨酯。常用的水性聚氨酯分为阳离子型、阴离子型和非离子型水性聚氨酯三种。其特点是在分子主链上引入亲水基团，如阳离子型水性聚氨酯引入了季胺基团，阴离子型水性聚氨酯引入了羧酸根、磺酸根负离子，非离子型水性聚氨酯引入了聚氧乙烯醚链段。通过亲水基团的作用，在水中自乳化形成聚氨酯的水分散液。由于水泥砂浆及混凝土是一个强碱性体系，在拌合时，大量的氢氧根负离子对自乳化的聚氨酯粒子作用而使水性聚氨酯发生絮凝团聚。目前只有极少数的研究者对水性聚氨酯分散液的耐碱性进行过研究，例如日本专利JP 2006022222引入了阳离子季铵盐基团，增强水性聚氨酯分散液的耐碱性；美国专利US4108814和US5071578引入了磺酸盐基团来增强聚氨酯水分散液的耐碱性。但是引入阳离子的季铵盐基团，合成困难，难以稳定生产，而含磺酸基团的多元醇种类少、价格贵，不适宜大规模生产；同时，其耐碱性只是相比羧酸盐型水性聚氨酯略有提高，在强碱溶液中仍然会发生严重的絮凝。因此，解决水性聚氨酯在强碱性中的分散问题是保证低掺量水性聚氨酯在水泥砂浆及混凝土发挥改性效果的关键技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种耐碱性水性聚氨酯乳液的制备方法。

其具体方案包括以下步骤：

1).水性聚氨酯预聚物分散液的制备：在60-80℃下，向装有50-60份的多异氰酸酯和10-30份的溶剂的反应容器中加入催化剂和50-80份的多元醇的混合物进行预聚，反应2-3h，再加入占多异氰酸酯和多元醇总质量5-10％的离子型基团化合物和5-30份的溶剂，反应1-2h，接着依次加入0.26-10份的扩链剂进行扩链反应0.5-1h，1-12份的含羟基不饱和单体反应1-2h，然后降温到30-50℃用与离子型基团化合物等摩尔比的成盐剂中和后制得预聚物溶液；将预聚物溶液与水和0-8.6份的后扩链剂进行乳化，经抽真空脱除溶剂获得水性聚氨酯预聚物分散液；

2).分别配制引发剂水溶液和含有100-302份烯类不饱和单体的预乳化液；在步骤1)制得的水性聚氨酯预聚物分散液中加入胶体保护剂，升温至70-85℃，5-15min内滴入引发剂水溶液总质量的10％-20％，反应15-30min，然后在3-4h内加入烯类不饱和单体的预乳化液和剩余的引发剂水溶液，保温反应2h；降温后过滤，制得耐碱性水性聚氨酯乳液；

以上份数均是质量份数。

上文中催化剂选用有机锡催化剂，优选二月桂酸二丁基锡，辛酸亚锡或其混合物，特别优选二月桂酸二丁基锡，用量为多异氰酸酯与多元醇的总质量的0.05％-0.2％。

作为一种优选方案，所述烯类不饱和单体为甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯中的一种或两种以上任意比例的混合物。上述物质单独使用也可以达到相同的作用，其组合选择不限于具体实施方式中所举的实施例，实施例为效果更佳的优选方式。

为了使水性聚氨酯乳液具有良好的力学性能，提高对水泥砂浆及混凝土体系的增塑效果，所述烯类不饱和单体是硬单体和软单体以1∶1-1∶2质量比组成的混合物；其中，甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯和苯乙烯为硬单体，丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯为软单体。

步骤1)制备预聚物溶液过程中，NCO/OH的摩尔比为1.02-2。