[发明专利]一种硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯乳液领域，具体涉及一种硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

溶剂型聚氨酯由于使用大量的挥发性有机化合物或有毒溶剂，既对环境造成严重污染，又对相关行业如涂料、胶黏剂等产业的工人造成健康损害，已引起社会的广泛关注。水性聚氨酯乳液由于不含或只含极少量的有机溶剂，是一种环境友好型产品，其不会对工人的健康造成伤害，也消除了火灾事故等的隐患，因而是目前研究的热点。

高固含量水性聚氨酯含水量低，干燥成膜速度快，用作粘合剂、涂料和油墨树脂，可提高其使用时的生产效率，同时也降低了包装、运输成本。然而，当提高水性聚氨酯的分散相含量时，特别是分散相含量高于连续相时，体系黏度急剧上升，制备高固含量存在一定的技术难度。目前，提高聚氨酯乳液固含量的主要方法是引入亲水性强的磺酸型扩链剂，但磺酸基的亲水性过强，导致胶膜的耐水性下降，难以满足使用要求。

高固含量聚氨酯乳液的研究报道也不少，如中国专利ZL 101597369B，该专利采用二羟甲基丙酸和脂环族磺酸盐作为亲水扩链剂，得到固含量为50%以上的聚氨酯乳液，其耐热性好，但是由于磺酸盐的使用，其耐水性不足，且固含量难以达到60%以上，有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液。

本发明的另一个目的是提供上述硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种硅烷改性的磺酸型水性聚氨酯乳液，由分散相及固相组成，所述分散相为水，所述固相由以下重量百分比的物质制备而成：

（A）二异氰酸酯 9~33%；

（B）普通多元醇 43~78%；

（C）大分子含磺酸盐基多元醇 8~42%；

（D）小分子含磺酸盐基多元醇 0.7~1.5%；

（E）端羟基硅氧烷 1.0~3.0%；

（F）羧酸型亲水单体 0.35~0.8%；

（G）成盐试剂 0.09~0.6%；

（H）乙二胺0.2~1.5%；

（G）催化剂 0.01~0.02%。

所述大分子含磺酸盐基多元醇为间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠与聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇、聚醚二元醇或聚四氢呋喃二醇反应生成的聚合物中的一种或几种的混合物，分子量为1000~2000。

所述小分子含磺酸盐基多元醇为间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠与乙二醇、丁二醇或己二醇进行酯交换反应生成的聚合物，由以下通式表示：

式中，n=1~3，为整数。

合成聚氨酯后，大分子含磺酸盐基多元醇中的磺酸盐基团分布在分子链软段，由于磺酸钠离子对的相互作用，软段间作用力增强，软段和硬段相分离明显，为合成聚氨酯提供良好的弹性和拉伸性能；而小分子含磺酸盐基多元醇分布在分子链硬段，由于磺酸盐的钠离子与软段中的氧原子配位，提高软硬段的相混合，使合成聚氨酯的力学强度增大，成膜干爽不黏手。

优选地，当小分子含磺酸盐基多元醇和大分子含磺酸盐基多元醇的摩尔比为1:3~5，合成的聚氨酯既有较强的力学强度，又有良好的拉伸性能，综合性能佳。

所述成盐试剂为能与羧基生成盐或离子基团的试剂，包括三乙胺、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等。

所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4＇-二异氰酸酯中的一种或多种的混合物。

所述多元醇为聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇、聚醚二元醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或多种的混合物，其分子量为400~3000。

所述羧酸型亲水单体为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二氨基苯甲酸中的一种或多种的混合物。

优选地，所述端羟基硅氧烷的分子量为800~2400，端羟基硅氧烷分子量太大，疏水有机硅会太集中，相同添加量时疏水性变差；而端羟基硅氧烷分子量太小，会影响聚合物柔软度。因此，端羟基硅氧烷需控制在一定分子量范围内。 

更优选地，所述端羟基硅氧烷由以下通式表示：

 或 ，

其中m=1~2，n=10~30，m、n均为整数。

端羟基硅氧烷可通过-OH与-NCO的反应引入聚氨酯分子链，其表面能较低，在成膜过程中易于向膜表面富集，可赋予改性聚合物涂膜优良的耐水性能。