[发明专利]一种柔软的高固含水性聚氨酯树脂的制备方法及其应用

说明书

本发明提出了一种柔软的高固含水性聚氨酯树脂的制备方法，步骤如下：1)将分子主链上含有至少一个磺酸钠基团的聚酯多元醇、混合多元醇混合脱水后，与芳香族二异氰酸酯反应，制得聚氨酯预聚物；2)将步骤1)制备的聚氨酯预聚物加入小分子二元醇，封端；3)丙酮稀释、乳化后，加入胺扩链剂反应，制得聚氨酯分散液；4)脱除上述聚氨酯分散液中的丙酮，得到水性聚氨酯树脂。本申请制备方法适用性广，可以制备各种不同性能要求和用途的软质水性聚氨酯树脂；所制备的水性聚氨酯树脂的固含量高、成膜柔软有弹性、低温柔顺性好、性价比高等优点，可广泛应用于纺织、皮革、合成革等领域的软质涂层或装饰。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯树脂制备领域，尤其是涉及具有高固含、并且柔软或柔顺性好的水性聚氨酯树脂的制备方法。

背景技术

聚氨酯树脂作为一种高性能高分子材料，在各种领域有着广泛的应用。传统的聚氨酯材料主要是溶剂型聚氨酯，含有大量的有机溶剂，对环境和人体造成严重的危害。水性聚氨酯以水为溶解介质，不含或少量含有有机溶剂，大幅减少了可挥发有机物(VOC)的排放，并节省了能源和资源。随着世界各国政府和民间对环保的日益重视，对VOC排放的限制也越加严格，用水性聚氨酯代替溶剂型聚氨酯是个发展趋势，水性聚氨酯的胶粘剂、涂料、涂层、油墨等领域，前景十分广阔。

由于技术方面的原因，目前市售的水性聚氨酯固含量偏低(一般不超过 40％)，导致干燥速度慢，成膜不丰满，且增加运输成本，增加干燥时的能量消耗。

高固含量水性聚氨酯的研究和开发是个重要的趋势，专利CN102206410B 中，制备方法步骤包括预聚反应(制备预聚物)、单体改性、中和成盐和乳化扩链等步骤，采用羧酸型和磺酸型亲水扩链剂相结合的方法，以脂肪族和脂环族二异氰酸酯作为异氰酸酯单体，制备了固含量在50-60％的水性聚氨酯树脂，该树脂可用于合成革领域；因为脂肪族异氰酸酯价格较高，同时加入有机硅等物质，成本偏高，不利于大规模工业化推广。

专利CN103360563中，制备方法步骤包括制备聚氨酯预聚物、混合聚氨酯离聚体、扩链后制得乳液。采用乙二胺基乙磺酸钠作为亲水扩链剂，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)作为异氰酸酯单体，制备固含量达到50％的水性聚氨酯树脂，制备的聚氨酯预聚物还要经过两部的交链聚合，该工艺同样存在成本偏高，不利于大规模推广。

专利CN103613730A中，制备方法中也包括预聚物的制备及扩链等步骤，也采用乙二胺基乙磺酸钠作为亲水扩链剂，异佛尔酮二异氰酸酯作为异氰酸酯单体，得到稳定的纳米二氧化硅改性的高固含水性聚氨酯树脂。由于乙二胺基乙磺酸钠是含有两个高活性的胺基亲水扩链剂，和异氰酸酯的反应快速，一般需要在较低的温度下加入反应，且需要在反应的后期加入，故一般只能采用活性相对较低的异氰酸酯单体(如IPDI、HDI)，而这两种单体往往价格较高，大幅提高了高固含水性聚氨酯树脂的成本。

发明内容

本发明提出一种高固含水性聚氨酯树脂的制备方法，制备成本相对较低，可以制备各种不同性能要求和用途的水性聚氨酯树脂，采用分子主链上含有至少一个磺酸钠基团的聚酯多元醇作为亲水扩链剂，在聚合反应初期加入到反应体系中，更加均匀地反应到聚氨酯分子链中。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供的一种柔软的高固含水性聚氨酯树脂的制备方法，步骤如下：

1)将分子主链上含有至少一个磺酸钠基团的聚酯多元醇、混合多元醇混合脱水后，与芳香族二异氰酸酯反应，制得聚氨酯预聚物；

2)将步骤1)制备的聚氨酯预聚物加入小分子二元醇，封端；

3)丙酮稀释、乳化后，加入胺扩链剂反应，制得聚氨酯分散液；

4)脱除上述聚氨酯分散液中的丙酮，得到水性聚氨酯树脂。

上述制备方法，进一步优选地，具体步骤如下：