[发明专利]一种水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明涉及一种水性聚氨酯，该水性聚氨酯为官能化多面体低聚倍半硅氧烷和多官能化合物化学改性的高性能水性聚氨酯，具有网络结构，表现出改善的力学性能和耐热性能、较低的吸水率以及良好的耐溶剂性；本发明还涉及一种高性能水性聚氨酯的制备方法，其通过引入官能化多面体低聚倍半硅氧烷进行化学侧链接枝制备，并通过多官能化合物形成网路结构，工艺简单且过程容易控制。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体而言，涉及一种以官能化多面体低聚倍半硅氧烷和多官能化合物化学改性的高性能水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

高性能水性聚氨酯已经公知很长时间，其以水为分散介质，具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点。此外，聚氨酯独特的分子结构使其具有优越的软硬可调特性，可用于广泛的涂层涂饰领域。

中国专利CN 101265318B公开了一种高性能水性聚氨酯分散体的制备方法，采用含有2-80％的环状结构聚合物多元醇为主要原料与多异氰酸酯制备得到。该高性能水性聚氨酯分散体的耐水性能、耐醇性能、耐热性能和硬度得到改善，但是未涉及对其柔韧性、附着力等力学性能的改善。

中国专利CN 1226323C公开了一种高性能水性聚氨酯的制备方法，借助严密控制预聚合物分散至水中之后的NCO含量，以克服末端基为芳香族异氰酸酯的预聚合物分散至水中时，异氰酸酯官能团与水大量反应而降低有效链延长的问题。其通过红外光谱法精确控制NCO的含量，以减少异氰酸酯的副反应。但是，其操作方法较为繁琐，不利于技术产品的广泛推广。

中国专利CN 100475874C公开了一种高效氧化自交联型高性能水性聚氨酯分散体的制备方法，在聚氨酯的链结构设计中引入醇酸树脂作为氧化交联单元，但也未涉及对于力学性能、耐热性能等综合性能的改善。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)为研究相当热门的具有三维结构的有机-无机化合物。其优点为密度低、热稳定性好、单分散性良好，因此通过其结构上的单个或多个可反应性官能团对材料进行表面改性、接枝及聚合反应，可提高材料的热性能、抗氧化性能等。专利CN 101250375 B公开了一种POSS/聚氨酯水性复合涂料的制备方法，先水解法制备未封端的POSS，再采用硅烷偶联剂KH-550对其进行封端制得一种含胺基的POSS，最后将该POSS与高性能水性聚氨酯分散体进行化学复合制备而成。然而，其合成部分POSS封端度有限，且物理机械性能未知，限制其广泛应用。

专利CN 103467693 B公开了一种具有良好冻融稳定性的高性能水性聚氨酯的制备方法，将胺基型笼型倍半硅氧烷引入高性能水性聚氨酯的链结构上，合成的高性能水性聚氨酯具有良好的耐磨性和粘接强度，同时具有良好的冻融稳定性。但是，其氨基型笼型倍半硅氧烷中活性基团数目较多，工艺控制繁琐，不利于工业化生产。

现有的改性高性能水性聚氨酯仍存在产品综合性能例如力学性能、耐水性较差以及制备方法繁琐复杂等问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种高性能水性聚氨酯，该高性能水性聚氨酯为官能化多面体低聚倍半硅氧烷(官能化POSS)和多官能化合物化学改性的高性能水性聚氨酯，并具有网络结构，和改善的力学性能和耐热性能、较低的吸水率以及良好的耐溶剂性；本发明还提供改性高性能水性聚氨酯的制备方法，其通过引入官能化POSS进行化学侧链接枝制备，并通过多官能化合物形成网络结构，工艺简单且过程容易控制。

本发明提供一种高性能水性聚氨酯，其特征在于其由以下组分反应制备：

其中，各组分的重量百分比均基于水性聚氨酯的总重量计，且各组分重量百分比之和为100重量％。