[发明专利]一种阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

本发明提供一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法，涉及聚氨酯技术领域。解决现有的阳离子水性聚氨酯的制备方法工艺复杂，所制备的水性聚氨酯乳液无法摆脱对石化资源依赖的问题。本发明的阳离子水性聚氨酯的结构式如式1)所示。本发明还提供一种阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，该方法先在惰性气体保护下，将聚(碳酸酯‑醚)二元醇和二异氰酸酯在有机溶剂中反应，得到第一中间体；然后将第一中间体与亲水扩链剂在催化剂的作用下反应，得到第二中间体；最后将第二中间体与丁二醇反应，加入酸中和后加入去离子水乳化蒸除溶剂即得到阳离子水性聚氨酯树脂。本发明的聚氨酯树脂性能优异，并且该水性聚氨酯能够减少对石化资源的依赖。

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，具体涉及一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

聚氨酯以其软硬度可调范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点被广泛应用于皮革涂饰、涂料、胶黏剂等领域。然而随着各国环境安全法律法规的出台，许多国家已限制了溶剂型聚氨酯的应用。

水性聚氨酯由于其连续相为水，安全易于保存和储存，且使用方便成本低，较完整的保留了溶剂型聚氨酯的特性，另外由于水性聚氨酯分子链中存在库仑力和氢键的作用，使其在某些性能上优于溶剂型聚氨酯，因此水性聚氨酯的研制与生产受到世界各国的重视，而且都取得了长足的发展。在水性聚氨酯的制备中，为了获得稳定的聚氨酯乳液，需在聚氨酯的预聚体分子中引入亲水基团，使其在水中乳化。根据其引入基团所带电性不同，将水性聚氨酯分为阳离子型、阴离子型、非离子型以及混合型水性聚氨酯。

目前，水性聚氨酯的研究多见于阴离子型的水性聚氨酯，其产品也已实现了工业化，而阳离子型水性聚氨酯的报道较少。阳离子型水性聚氨酯分子链上带正电荷，对基材具有很好的浸润性，同时对水的硬度不敏感，可在酸性条件下使用，故其在纺织、粘合剂、皮革和造纸等领域具有广泛的应用前景。由于阳离子水性聚氨酯一般为季铵盐型，将预聚体进行季铵盐化的工序比较复杂，成本较高，有时候乳化产品不够稳定，所以给工业化生产带来困难。因此，开发出制备工艺简单、性能优异的阳离子水性聚氨酯，其市场前景非常广阔。

中国专利200810154240.1公开了一种阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法及其应用，步骤如下：将聚酯二元醇，2,4-甲苯二异氰酸酯按一定比例加入到反应釜中氮气保护下45～55℃进行预聚反应，然后升温至60～70℃，向聚氨酯预聚体中加入1,4-丁二醇，反应一定时间后降温至50～60℃，添加亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺，然后降温至20℃加冰醋酸中和，加丙酮稀释，黏度合适后加水高速剪切乳化，脱除丙酮即得到阳离子聚氨酯乳液。该专利制备的阳离子水性聚氨酯链段只具有聚酯结构，得到的树脂耐水解性较差。

中国专利201410634650.1公开了一种高固含阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，步骤如下：将聚酯二元醇、小分子二元醇、多元醇、双羟基聚环氧乙烷醚加入反应器内加热、真空脱水，通氮气保护，在60～80℃下滴加二异氰酸酯；降温至45～55℃，加入催化剂后滴加N-甲基二乙醇胺，丙酮调节黏度，降温至40℃醋酸中和至pH＝6～7，然后加去离子水和扩链剂高速搅拌分散，减压脱除丙酮即得到阳离子水性聚氨酯树脂。上述专利采用的工艺比较复杂，而且使用的聚酯二元醇均来源于石化产物，所制备的水性聚氨酯乳液无法摆脱对石化资源的依赖。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的阳离子水性聚氨酯的制备方法工艺复杂、使用的聚酯二元醇均来源于石化产物，所制备的水性聚氨酯乳液无法摆脱对石化资源依赖的问题，而提供一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法。

本发明首先提供一种阳离子水性聚氨酯树脂，结构式如式1)所示：

R₁为以下结构中的一种：

R₂为式7)所示：