[发明专利]一种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性聚氨酯合成领域，具体涉及一种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

随着社会的进步与发展，环境保护意识也越来越受到人们的重视。传统的溶剂型聚氨酯树脂由于生产过程中大量使用有机溶剂，因此对环境和人体健康都有很大的危害。而水性聚氨酯树脂与溶剂型聚氨酯树脂相比极大的减少了有机溶剂的使用和向自然环境中的排放，减少了对环境、人体健康的危害，同时也造成资源和能源的浪费，具有良好的市场应前景。我国水性聚氨酯树脂研究开始于1972年，起步较晚，经过几十年的发展已经取得了一定的进步，但产品的质量水平、种类体系还很有限，应用领域还真要集中皮革行业，在涂层剂、胶黏剂等方面研究还很有限。这主要还是由于我国对水性聚氨酯合成方法、合成原料研究不足有关。

水性聚氨酯树脂根据所含亲水基团的类型可分为阴离子型、阳离子型、非离子型三类。目前，对于水性聚氨酯研究较为广泛的是阴离子型的水性聚氨酯，以羧酸基或磺酸基为亲水基团合成的水性聚氨酯树脂，其已作为水性涂料、粘合剂、纺织涂层、皮革涂饰等应用于加工领域。然而，作为阴离子型水性聚氨酯不同的亲水性基团对其结构性能会产生巨大的影响。以羧酸型的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯树脂固含量低、成膜柔软，适合作为纺织涂层、皮革涂饰剂使用；以磺酸型的亲水扩链剂树脂由于亲水基团亲水性强、所以合成的水性聚氨酯树脂结晶度高、固含量相对也比较高，适合作为胶黏剂等使用。两种类型的水性聚氨酯各自特点比较突出，适用范围比较单一，因此，也造成了一定的应用局限性，不能适应多种领域的加工使用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法，解决了目前阴离子型水性聚氨酯树脂种类和性能单一这一问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按摩尔比为4~2：1的比例将多异氰酸酯和聚合物多元醇，加入到反应器中在80~100℃下反应1~2h，获得产物A；

步骤二，按A产物质量计加入1~5%的磺酸/羧酸型亲水扩链剂和0~4%的小分子扩链剂，根据粘度情况加入助溶剂，在70~100℃下反应2~4h，获得产物B，产物B为水性聚氨酯亲水预聚体，所述的磺酸/羧酸型亲水扩链剂的分子结构如下所示：

步骤三，将产物B降温至50℃以下，在搅拌下加入到水中分散，水的使用量使得最终水性聚氨酯分散体固含量维持在30%~60%之间，根据分散过程中产生的气泡情况，加入以水质量分数计0.1~0.2%的消泡剂，获得产物C；

步骤四，将产物C在50℃以下进行减压蒸馏去除助溶剂，获得磺酸/羧酸型水性聚氨酯。

所述的多异氰酸酯是指甲苯二异氰酸酯、异佛二酮二异氰酸酯、1,6-已基二异氰酸酯以及4,4-二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种混合物。

所述的聚合物多元醇是指相对分子质量在1000~3000，聚酯型二元醇、聚醚型二元醇以及聚碳酸酯型二元醇中的一种或几种混合物。

所述步骤一的反应器中还加入有机铋类催化剂，该催化剂中金属铋含量为20%，例如为美国领先化学的Bicat8108（20%Bi），催化剂的加入量为步骤一反应物质量的0.05%。

所述的小分子扩链剂是指：乙二醇、1,4-丁二醇以及三羟甲基丙烷中的一种或几种。

所述的助溶剂是指：丙酮或丁酮，加入的量使得粘度控制不大于20000CPS。

所述的消泡剂是指聚醚改性的有机硅型消泡剂。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1）本发明所公布的这种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法，采用专利（申请号201210045962.X）的一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂为原料，一次性将磺酸基和羧酸基团同时引入到聚氨酯分子主链上来。

2）本发明所公布的这种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法，由于水性聚氨酯分子链上既含有磺酸基团也含有羧酸基团，因此，该产品既具有磺酸基型水性聚氨酯树脂的特点，同时也具有羧酸基型水性聚氨酯树脂的特点；

3）本发明所公布的这种磺酸/羧酸型水性聚氨酯的制备方法，由于聚氨酯树脂分子链上含有两种亲水性基团，因此有利于水性聚氨酯预聚体在水中的乳化和分散，与现有的水性聚氨酯树脂产品相比更容易实现产品的高固含量；