[发明专利]水性聚氨酯树脂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯树脂及制备方法，具体地说是一种以醋酸甲酯为溶剂制备的聚酯型水性聚氨酯树脂及其制备方法，应用于水性木器漆、水性胶粘剂等，属于树脂领域。

背景技术

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。水性聚氨酯包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液三种，为二元胶态体系，聚氨酯（PU）粒子分散于连续的水相中，也有人称水性PU或水基PU。

目前大多数水性PU主要是由自乳化法制备，以含亲水性基团的PU为主要固化成分，涂膜干燥时若亲水成分不能有效的进入交联网络中，干燥形成的涂膜遇水易溶胀。另外其缺少像双组分溶剂型PU涂膜所能得到的交联密度和高相对分子质量，因而这些水分散体涂膜的耐水性、耐溶剂性、耐热性和光泽性较差，严重地限制了其使用的范围。因此，常采用提高涂膜的交联密度来改善乳液涂膜的耐水性。常用的交联方法有两种：一种是在合成PU预聚物时，加入官能度大于2的多羟基化合物，直接生成交联PU预聚物，再将上述预聚物很好地分散在水中，并扩链形成大分子，最后形成乳液。这种方法也叫前交联法，缺点是易使预聚物黏度增大，较难分散在水中，影响乳液的稳定性。另一种方法为外交联法，采用带羧的阴离子PU乳液进行交联，交联反应发生在PU分子的羧基上，有氮丙啶、碳化亚胺以及金属盐类化合物，在室温条件下进行交联。这类交联剂一般在使用PU乳液时加入，因其交联反应速率很快，短时间内产生凝胶而破乳。外交联法可成功解决PU乳液涂膜的亲水性问题，但因外加交联剂，组成双组分涂饰剂给施工带来不便，此方法使用较少。

水性聚氨酯预聚体制备时粘度较大，为方便传热、传质，尤其是后期乳化，必须加入适当的溶剂加以稀释，常用的溶剂通常为丙酮、丁酮、二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等亲水有机溶剂。上述方法一般统称为丙酮法。丙酮法中使用的丙酮、丁酮等均属于环保限制的有机挥发物，而且近年来由于涉及易制毒原料而归为严格限制级使用范围，这些均带来使用上的限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种水性聚氨酯树脂及制备方法，所述的水性聚氨酯树脂是以醋酸甲酯为溶剂制备而成的，而醋酸甲酯属于环保型材料，不属于限制使用的有机污染物排放，能够达到涂料、油墨、树脂、胶粘剂厂新的环保标准。

醋酸甲酯沸点57.8℃，与丙酮相仿，易于去除，并具有广泛的溶解力，能溶解聚氨酯类、丙烯酸类、乙烯基类、硝基纤维素类、环氧类、聚脂类、酚醛树脂类等；属于VOC-Exempt Regulation Status 免除受限制的种类，属环保溶剂。同时，醋酸甲酯与水具有一定的溶解性，使用醋酸甲酯作为溶剂得到的聚酯型水性聚氨酯树脂产品的粘度为20.5～40.2 MPa·s（采用NDJ-1型旋转黏度仪测定）；粒径为0.102～0.140μm（采用马尔文MS2000激光衍射粒度仪测定）。表明醋酸甲酯在水性聚氨酯树脂制备中的较好的稀释与分散作用效果。

本发明的技术方案为：

一种水性聚氨酯树脂，由下列以重量份的成分组成：

聚酯二元醇                  45～60份，

甲苯二异氰酸酯              20～40份，

二羟甲基丙酸                5～10份，

催化剂                      0.02～0.1份，

三乙胺                      4～10份，

醋酸甲酯                    10～40份，

助溶剂                      5～10份，

去离子水                    200～500份。

其中，所述聚酯二元醇选自聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇或聚己内酯二醇中的一种或两种以上；

所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或两种；

所述助溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸戊酯、醋酸异戊酯中的一种或两种以上。

一种水性聚氨酯树脂的制备方法，包括下列步骤：