[发明专利]一种硅烷改性水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机硅改性水性聚氨酯技术领域，特别是涉及一种硅烷改性水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯以水代替有机溶剂，具有使用方便、无污染、无毒性、无刺激、低成本等特点。但是由于分子链上亲水基团的引入，使得聚氨酯在耐水性等方面的性能有所下降，同时力学性能也不如溶剂型，因而有必要对其进行改性。

对水性聚氨酯进行交联改性是最常用的方法。在合成过程中，加入含有3个或以上官能团的单体，就能得到具有一定支化度和交联度的聚氨酯。经过交联改性后，聚氨酯大分子间形成网状结构，能有效的提高其耐水性和物理机械强度。这种方法虽能在一定程度上提高涂膜的耐水性，但预聚反应难以控制，因而改善效果有限。

通过将水性聚氨酯和有机硅化合物优化复合，可以弥补水性聚氨酯耐水性差的缺陷。其中，在聚氨酯预聚体乳化过程中扩链引入氨基硅烷偶联剂等，制得的有机硅改性水性聚氨酯，表现出良好的憎水性、低温柔顺性。

现有采用氨基硅烷偶联剂制备改性水性聚氨酯的方法中，氨基硅烷偶联剂通过与异氰酸酯反应键接在聚氨酯分子链末端，不利于聚氨酯的扩链，影响其他性能。且末端键接的氨基硅烷偶联剂，容易断裂分解，影响改性效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅烷改性水性聚氨酯的制备方法，所述方法制备得到的水性聚氨酯成膜后具有优良的力学性能和耐水性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种硅烷改性水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：

（1）含活泼氢硅烷偶联剂的合成：由含活泼氨基小分子和含环氧基硅烷偶联剂按摩尔比为1:1‐1:4混合，在温度为30℃‐60℃条件下反应15min‐90min合成含活泼氢硅烷偶联剂；所述含活泼氨基小分子选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种；所述含环氧基硅烷偶联剂选自γ-(2,3‐环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和/或γ-(2,3‐环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷；

（2）硅烷改性水性聚氨酯的制备：将大分子二元醇、亲水扩链剂和异氰酸酯混合后在60‐90℃条件下，聚合1‐4h，所述异氰酸酯与大分子二元醇的摩尔比为1.5:1‐3:1；亲水扩链剂的用量占原料总质量的3%‐8%；加入溶剂降低粘度，所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和丁酮中的一种，溶剂加入量为原料总质量的10%‐40%；加入三乙胺，30℃‐50℃中和0.5h‐1h；加入水，并在800‐1500rpm转速下强力搅拌乳化，乳化温度为30‐50℃，5‐30min后，加入所述含活泼氢硅烷偶联剂进行后扩链反应0.5‐2h；所述的含活泼氢硅烷偶联剂的用量占原料总质量的2%‐15%；所述亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸（DMPA）或二羟甲基丁酸（DMBA）；所述大分子二元醇选自聚四亚甲基醚二醇（PTMG）和/或聚己内酯二醇（PCL）；

所述原料总质量是指反应物中，大分子二元醇、亲水扩链剂、异氰酸酯、三乙胺和含活泼氢硅烷偶联剂的质量总和。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述加入三乙胺前，在反应物中还包括加入二丁基二月桂酸锡，用量为原料总质量的0‐0.5%，50‐80℃条件下聚合1‐3h。

所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯。

所述溶剂的加入量为原料总质量的20%‐30%。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1）本发明通过制备含活泼氢硅烷偶联剂，对水性聚氨酯进行后扩链兼交联改性，有效地改善了水性聚氨酯薄膜的力学强度和耐水性，经后扩链兼交联改性后，聚氨酯分子量增大，分子链自由运动受到限制，拉伸强度达到5.9MPa以上，断裂伸长率降低到450%以下。同时，由于体系交联度增加，相邻交联点间的平均链长变小，水分子难于渗透，耐水性能提高，吸水率降低到6.15%以下；

2）改性后水性聚氨酯，由于硅烷偶联剂的存在，其成膜性好，有较好的柔顺性，适用于皮革表面涂饰；

3）改性水性聚氨酯在室温下可发生水解缩合反应形成交联网状结构，使用方便，且以水为介质，无污染、无毒性，安全环保。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对比本发明作进一步描述，需要说明的是，实施例不构成对本发明保护范围的限定。

下面实施例和对比实施例性能测试方法：

拉伸强度：根据QB/T2415‐1998，测定薄膜拉伸强度；

断裂伸长率：根据QB/T2415‐1998，测定薄膜断裂伸长率；