[发明专利]一种有机硅改性两性水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性聚氨酯乳液技术领域，具体涉及一种有机硅改性两性水性聚氨酯乳液及其制备方法。 

背景技术

聚氨酯(PU)是含氨基甲酸酯结构(—NHCOO—)的多功能聚合物，其具有高粘接强度和剥离强度，优异的耐冲击、耐低温、耐油和耐磨性等方面优点，广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂、油墨等领域。而水性聚氨酯是以水为分散介质的二元胶体体系，与溶剂型聚氨酯相比，具有无毒、不易燃烧、不污染环境等优点。近年来，随着环境保护法规的完善和人们环保意识的增强和对自身健康的关注，促进了水性聚氨酯的发展。 

水性聚氨酯根据软段原料的不同分为聚醚型、聚酯型、聚碳酸酯型水性聚氨酯。聚醚型水性聚氨酯的价格便宜，弹性、耐水解性、耐低温性优异，涂膜手感好，但力学性能较差；聚酯型水性聚氨酯的价格便宜，耐磨性能、力学性能优异，但耐水解性较差、涂膜不够柔软；聚碳酸酯型水性聚氨酯综合性能优异，但价格昂贵，使用范围有限。 

水性聚氨酯根据亲水基团所带电荷极性不同分为阴离子型、非离子型、阳离子型。阳离子型所含亲水基团为阳离子，根据结构可分为胺盐型和季铵盐型。胺盐型水性聚氨酯是在其合成过程中，引入叔胺基团，在水中分散时加入盐酸或者有机酸如甲酸、乙酸等中和而成胺盐。季铵盐型水性聚氨酯是亲水性铵盐的4个氢原子都被有机基团取代而形成的，通常是叔胺与烷基化试剂进行反应制得的。阳离子型水性聚氨酯分散液对含阴离子的基质如玻璃和皮革有很好的粘 附性，对水的硬度不敏感，且可以在酸性条件下使用，同时乳液具有抗菌性。 

目前，阴离子型水性聚氨酯研究最广泛，该种聚氨酯主要采用磺酸盐型或羧酸盐型亲水单体提供亲水基团。单独采用羧酸盐型亲水单体合成的水性聚氨酯乳液粘度较大，固含量难以提高(35％左右)；采用磺酸盐型亲水单体制备的水性聚氨酯乳液具有高固含、结晶度高的特点。 

虽然水性聚氨酯具有不燃、气味小、不污染环境、节能、操作加工方便等优点，但还存在耐水性、与基材的附着力不够强及硬度与应用性能要求不相适宜等缺点，较大程度地影响了它的推广应用。可以通过引入硅烷偶联剂进行改性来提高水性聚氨酯的耐水性，而且由于硅烷偶联剂是小分子，用它改性不存在相容性差的问题，在聚氨酯链段中引入硅氧烷结构，乳化后通过烷氧基的水解缩合反应提高体系的交联度，可避免因交联剂添加过多、交联过度导致的乳化困难。 

交联是提高水性聚氨酯的粘附力、机械性能、硬度等性能的重要方法。引入交联的方法主要有：(1)在原料中采用多官能度的聚醚或聚酯多元醇或多异氰酸酯；(2)具有氨基的聚氨酯用环氧氯丙烷处理能得到热固性的水性聚氨酯分散液；(3)封端型异氰酸酯分散液，或与其他的水性聚氨酯分散液混合形成稳定的分散液，成膜后加热则-NCO基团再生，与聚氨酯中的含有活泼氢的基团反应，形成交联的胶膜；(4)采用多官能度的小分子交联剂，如：三羟甲基丙烷、多乙烯多胺、三乙醇胺等。 

国内聚氨酯合成中的交联单体主要采用三羟甲基丙烷，如CN-102516920、CN-102827571，但三羟甲基丙烷反应基团活性一样，反应速度难以控制，易凝胶，不利于生产。美国专利US-6017998公开了一种以二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂的水性聚氨酯乳液的制备方法，使用该方法难制得高固含的水性聚氨酯。中国专利CN101698744A公开了一种以甲基二乙醇胺为阳离子型亲水单体的一种阳离子型水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂的制备方法，使用该方法难制得高固含量的水性聚氨酯。中国专利CN102585149B公开了一种以通过加 入两性亲水性扩链剂和/或非亲水扩链剂的水性聚氨酯的制备方法，中国专利CN102585149B公开了一种以通过加入两性亲水性扩链剂和/或非亲水扩链剂的水性聚氨酯的制备方法，使用该方法要使用大量的难以除去的有机溶剂如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜且难制得耐水性好的水性聚氨酯。中国专利CN103570915A和CN103360563A公布的高固含聚酯型水性聚氨酯乳液的合成方法，所制得水性聚氨酯胶膜较硬，手感欠佳，弹性较差。 

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种易于生产的有机硅改性的高固含量的聚醚聚酯混合型的水性聚氨酯乳液的制备方法； 

本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的有机硅改性两性水性聚氨酯乳液，所述有机硅改性两性水性聚氨酯乳液的固含量、胶膜的耐水性、耐热性、力学性能均有所提高，可以用于涂料、皮革涂饰剂、压敏胶等领域。 

本发明的目的通过下述技术方案实现：