[发明专利]一种高固含量、低粘度的单组份水性聚氨酯的制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料制造技术领域，特别涉及一种高固含量、低粘度的单组份水性聚氨酯的制备方法。该方法的步骤为：在含有少量纳米电气石粉的条件下，以二苯基甲烷二异氰酸酯粉末、生物质多元醇和N‑甲基吡咯烷酮为原料制备预聚体；然后依次加入亲水性扩链剂和乙二胺分别进行扩链反应；再加入少量的三乙胺中和反应至体系显中性；最后用去离子水高速分散乳化，真空减压脱除溶剂，即得单组份水性聚氨酯。采用本发明制备方法制得的单组份水性聚氨酯固含量高，粘度低，具有良好的施工性和稳定性，固化后形成的涂膜具有较佳的耐水性。此外，本发明的制备工艺没有使用任何受限制的挥发性有害溶剂，符合环保的要求。

技术领域

本发明涉及高分子材料制造技术领域，特别涉及一种高固含量、低粘度的单组份水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质发展起来的一种高分子材料，具有使用安全、无毒、无环境污染等特点，被称为绿色环保产品。随着科学技术的进步，以及环保相关法律的要求日益趋严，环境友好型水性聚氨酯有取代溶剂型聚氨酯的趋势。根据使用方式的不同，水性聚氨酯分为单组分和双组份两类，无需加入交联剂即可获得所需性能的水性聚氨酯称为单组份水性聚氨酯。双组份水性聚氨酯存在使用的开放时间短的问题，混合后若不及时使用会导致凝胶或交联剂失效，此外，与双组份水性聚氨酯比较，单组份水性聚氨酯施工方便，无需考虑双组份水性聚氨酯中固化剂组份与主剂组份混合时需计量搅拌的问题，即开即用，不需搅拌，施工可靠，保证产品的质量稳定，具有广泛的应用前景。

目前，大部分的水性聚氨酯主要通过自乳化法制备而成，即在聚氨酯分子链上引入一些亲水性基团，使聚氨酯分子具有一定的亲水性，然后在高速分散下，凭借这些亲水基团使其自发地分散于水中，从而得到水性聚氨酯。然而亲水性基团的引入在提高聚氨酯亲水性的同时却降低了它的耐水性、强度及绝缘性。此外，亲水基团增多也会使得分子链氢键作用增强，因此，体系粘度也较高，进而限制了固含量的提高，也给生产应用带来不便，而降低含亲水基团物质的含量会使聚氨酯树脂粒径较大，从而影响水性聚氨酯分散液的稳定性。因此，如何将适当的亲水性基团引入聚氨酯分子结构中，且将其良好地分散于水中，是制备水性聚氨酯分散液的关键。

交联是提高水性聚氨酯性能的有效方法，公开号为CN 103012733A的中国专利申请“一种单组份常温自交联水性聚氨酯的制备方法”以含酮羰基的二元醇3-[二-(2-羟乙基)]胺基-N(1,1-二甲基-3丁酮)丙酰胺为交联扩链剂，参与到异佛尔酮二异氰酸酯与聚乙二醇3000制备聚氨酯的过程中，加入二羟甲基丙酸亲水扩链剂，用三乙胺中和，加入水乳化分散，得到的单组份水性聚氨酯乳液具有自交联性能，且耐水性和耐溶剂性能增强。

公开号为CN 103524693 A的中国专利申请“一种水性聚氨酯的制备方法”将二异氰酸酯、多元醇、亲水扩链剂在催化剂作用下发生反应，得到具有自乳化性的预聚物溶液；然后将预聚物溶液加水乳化，再用多元胺进行扩链反应，得到稳定性好、耐水性佳的内交联水性聚氨酯分散体。

然而，大部分水性聚氨酯预聚体制备时粘度较大，为方便后期的乳化，往往需要加入有机溶剂如丙酮、二氧六环等进行稀释，环保性能较差，此外，由于合成工艺的限制大部分水性聚氨酯只能得到线性结构聚合物，含固量低，强度较差。因此有必要提供一种新的水性聚氨酯制备方法，以满足市场需求。

发明内容

针对现有的水性聚氨酯普遍存在含固量低，强度较差，耐水性和稳定性欠佳的问题，以及制备工艺释放有害挥发性溶剂，不符合环保概念的问题，本发明的目的在于提供一种新型的单组份水性聚氨酯制备工艺，采用本发明制备工艺制得的单组份水性聚氨酯固含量高，粘度低，具有良好的施工性，固化后形成的涂膜具有较佳的耐水性以及稳定性。此外，本发明的制备工艺没有使用任何受限制的挥发性有害溶剂，符合环保的要求。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

一种高固含量、低粘度的单组份水性聚氨酯的制备方法，其包括以下步骤：