[发明专利]一种聚氨酯水分散体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子聚合物领域，涉及用异氰酸酯的高分子化合物，具体涉及聚氨酯水分散体的制备方法及应用。

技术背景

聚氨酯水分散体(PUD)具有安全、无毒环保等优点，广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂和油墨等领域。现有PUD合成常采用二羟甲基丙酸(DMPA)、或者磺酸盐化合物作为亲水扩链剂，其中DMPA熔点高、溶解度低，需要使用高沸点有毒的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解，而且制备的PUD固体含量不高，残留有毒的NMP不易脱除，产品不环保；磺酸型亲水扩链剂来源困难，其中含胺基的磺酸盐制备PUD工艺较复杂，大规模工业化生产较困难。采用非离子聚氧乙烯醚制备PUD时，亲水组分添加量大，PUD涂膜硬度低。此外，通常PUD涂膜的耐化学品性特别是耐醇性普遍较差，这些缺陷极大地限制了PUD的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高固含量、涂膜高硬度和优异的耐化学品性的聚氨酯水分散体及其制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种聚氨酯水分散体的制备方法，包括如下步骤：

1)羧酸型亲水单体制备：将三羟甲基丙烷或甘油与酸酐混合，在90℃～140℃反应2～4h，测定反应体系的酸值达到理论值后，降温出料得到羧酸型亲水单体；所述的酸酐为邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、四氢苯酐、六氢苯酐、甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐中的一种或多种；所述三羟甲基丙烷或甘油与酸酐的摩尔比为1:0.85-1.25；

2)聚氨酯水分散体：以摩尔份数计，在反应釜中加入20～60份聚合物二元醇、4-10份羧酸型亲水单体和30～60份二异氰酸酯单体，升温至60℃～100℃，保温1.0小时～2.0小时；加入1-10份小分子二元醇扩链剂、2份-10份非离子亲水扩链剂和1-6份交联剂，在50℃～70℃下反应至NCO基含量低于5％；调节反应物粘度为300-3000cps，降温，得聚氨酯预聚体；加入中和剂中和后，加水乳化，加入胺类扩链剂，反应至NCO基质量百分含量低于0.5％，然后蒸馏脱除溶剂并调节pH值至6-8，得聚氨酯水分散体；

所述的聚合物二元醇的数均分子质量为300-10000，羟值为30-200mgKOH/g；

所述的二异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、已二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯(m-TMXDI)、六环己基二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或两多种；

所述的小分子扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇，1,6-己二醇，1,4-环己二醇、二乙二醇、二甘醇和乙基丁基丙二醇中的一种或多种；

所述的交联剂为丙三醇、三羟甲基丙烷、1,2,4-丁三醇和季戊四醇中的一种或多种；

所述的非离子型亲水扩链剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚和聚氧乙烯醚中一种或多种；

所述的中和剂为N，N-二甲基乙醇胺、氨水、三乙胺其中一种或多种

所述胺类扩链剂是肼、乙二胺、己二胺、异佛尔酮二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺一种或多种。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述的聚合物二元醇为CMA-1044聚酯二元醇、CMA-1042聚酯二元醇、T-1136聚酯二元醇、N210聚醚多元醇、N220聚醚多元醇、Diol1000聚醚多元醇、Diol2000聚醚多元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇、聚氨酯二元醇、聚丙烯酸酯二元醇、聚丁二烯二元醇和聚己内酯二元醇一种或多种。

所述的中和剂的用量为羧酸型亲水单体重量的80-120％。

所述的调节反应物粘度为300-3000cps为通过加入丙酮调节。

所述的所述降温为降温至50℃以下。

所述的胺类扩链剂的用量为聚氨酯预聚体质量的0.05％～0.3％。

所述的去离子水的加入量为聚氨酯预聚体重量的1～3倍。

所述的蒸馏脱除溶剂是在温度为50～120℃和真空度为0.02～0.1Mpa的条件下进行。本发明蒸馏方法优选本领域常用的蒸馏方法，在温度为50-120℃和真空度为0.02-0.1Mpa的条件下进行的减压蒸馏。

一种聚氨酯水分散体，其由上述制备方法制得。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：