[发明专利]高度支化结构的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高度支化结构的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法。 

背景技术

异氰酸酯的封闭最早可以追溯至上世纪五十年代S.Petersen发表的一篇研究性论文。五十多年的发展史中，封闭型聚异氰酸酯广泛应用于如航天、汽车、造纸、化工设备和纺织等各个行业中。封闭型聚异氰酸酯交联剂作为封闭型异氰酸酯应用中的一大重要分支也经历了一段比较长的发展历程。 

早期的异氰酸酯交联剂虽然在一个分子上同时含有几个有效的异氰酸酯活性基团，但并未对高活性基团进行封闭，这种交联剂因其施工时间短而被逐步淘汰。新一代的封闭型聚异氰酸酯交联剂因其可控的施工时间以及固化后材料的高强度、高耐化学性和高耐溶剂性，在很长一段时间内受到人们的广泛好评。但随着人们环境保护意识的逐步增强，含大量无法回收的挥发性溶剂的溶剂型交联剂的生存同样受到了严重阻碍。因此，以水这种清洁溶剂作为分散介质的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂的研究已成为众多研究人员关注的焦点。现在业内一些领头公司对其研究已经有了长足的进步，其中的典型例子即为德国拜耳公司及国内深圳麦克福科技有限公司研究开发的一系列封闭型水性聚异氰酸酯交联剂。 

目前，人们对于水性封闭型聚异氰酸酯交联剂的研究开发主要集中在封闭剂的开发、固含量的提高。T.F.Shen等人(Journal of Macromolecular Science,Part A:Pure and Applied Chemistry,2012,49:611～618)以2-乙氧基乙醇和ε-己内酰胺作为封闭剂开发得到一种能使涂膜强度提高2.42MPa的三官能度水性交联剂分子。T.Wang等人(Journal of Applied Polymer Science,2008,107:4036～4042)制备了一种阳离子型三官能度聚异氰酸酯交联剂，他们以3,5-二甲基咪唑为封闭剂制备得到的交联剂的固化温度约为140℃，固化后凝胶含量达到了90%。而拜耳公司研究开发的一系列水性封闭型聚异氰酸酯交联剂主要以线性的产品为主，所含的有效活性基团并没达到理想的程度。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高度支化结构的水性封闭型聚异氰酸酯交 联剂。 

本发明还要解决的技术问题是提供上述交联剂的制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明的思路是：本发明从分子结构设计出发，通过分子设计和反应过程控制制备高度支化结构的高分子骨架，并将活性的异氰酸酯基引入到骨架的所有端基上，再利用封闭剂将活性基团封闭，最后用酸来中和，使交联剂可与水以任意比例混溶。由于高度支化结构的存在，利于大幅提高交联剂的固含量及活性基团含量，在皮革复鞣剂、纸张增强剂、水性涂料、丝织物整理剂等方面有较高的应用价值。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

高度支化结构的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂，其具有如下结构式： 

式中 

R₁：

R₂选自：

R₃：-CH₂O-； 

B选自：

n选自：5、10、15、20或25； 

m选自：3～6。 

上述高度支化结构的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂的制备方法，该方法包括如下步骤，其中所述份为质量份： 

（1）在氮气保护和搅拌条件下，将0.5%～0.8%份的催化剂和10～15份的有机溶剂加入到15～25份的二异氰酸酯中，升温至60～70℃，于1～2小时内将3～5份的三乙醇胺滴加入反应体系，再保温0.3～0.5小时至体系中的异氰酸酯含量稳定； 

（2）将步骤（1）得到的产物于1～2小时内滴加入10～20份三乙醇胺和10～15份有机溶剂的混合溶液中，反应温度为60～70℃，保温0.5～1小时； 

（3）将步骤（2）得到的产物于1～2小时内滴加入30～50份的二异氰酸酯中，滴加结束后于60～70℃保温0.5～1小时，保持温度不变，再向体系中于0.5～1小时内滴加1～15份的聚乙二醇，继续保温0.5～1小时；保温结束后向体系中加入20～40份封闭剂，于80～90℃反应1～3小时；