[发明专利]高反拨弹性生质水性PU树脂与配方开发技术

说明书

本发明涉及高反拨弹性生质水性PU树脂与配方开发技术，具体涉及聚合物材料领域，具体而言系涉及一种水性生质聚氨酯乳液，尤其系涉及将包含2‑甲基丁二酸(2‑mSA)作为聚合单体制得的聚酯多元醇作为聚合单体。本发明亦涉及一种水性生质聚氨酯乳液的制备方法。

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，具体而言涉及一种水性生质聚氨酯乳液，本发明亦涉及一种水性生质聚氨酯乳液的制备方法。

背景技术

以往在材料方面只重视材料的效能、性质和成本，随着全球永续意识的高涨与推动，各领域产业也开始从生命周期的角度考虑材料对环境的冲击和影响。为此，世界各领域品牌商皆有计划或正发展生质材料的创新与应用。

有机酸中的衣康酸已被美国能源部列入最具发展潜力的十二项生质化合物化学品之一。2015年全球衣康酸年需求量为5,0000吨，产值约为40亿台币。预估2023年全球衣康酸年需求量为90,000吨，产值约为61亿台币。衣康酸具有两个羧基跟一个亚甲基，又称亚甲基丁二酸、亚甲基琥珀酸(2-Methylidenebutanedioic Acid)或甲烯基乌头酸(MethyleneButanedioic Acid)，呈白色结晶，有特殊气味，熔点约为162～164℃，密度1.63g/cm³，可自体间聚合或与其他单体聚合，且易溶于水、乙醇等其它溶剂，应用范围极广，可用于合成树脂、塑料材料、橡胶、合成纤维、交联剂、乳化剂、离子交换树脂、高分子螯合剂与表面活性剂等的原料，衣康酸的国际市场前景乐观。

举例而言，目前袋包箱产业九成以上皆采用合成树脂中的溶剂型聚氨酯(PU)。为此，对于开发可符合产业规模高阶袋包箱用的高反拨弹性、耐磨、耐水压、耐沾黏性及手感与机械强度佳的涂布用环保水性PU树脂，且同时需符合品牌商对未来产品材料的趋势，产品符合生质性鉴定生物基含量最低标准仍有需求，以利可进入国际、尤其美国市场，增进相关产业竞争力。

制备PU所需的多元醇，一般使用二元羧酸和二元醇经缩合酯化聚合而制得聚酯多元醇。市面上已可见生质系二元醇，但生质系二元羧酸则非常罕见。然而，多元醇于水性PU结构中，属于软链段，因此，若以现有生质系二元醇搭配非生质系二元羧酸，欲通过生质成分≧25％的USDA生质认证，需使用高量的多元醇，导致最终制得的PU机械性质较偏向粘流态，因而无法符合水性PU的高黏弹性要求，大幅限制了生质水性PU的发展及应用。此外，虽衣康酸属生质系二元羧酸，若直接将衣康酸应用于聚酯多元醇合成，未氢化的衣康酸的双键于高温下易发生自由基聚合反应，因而难以控制合成聚酯多元醇分子量及质量，且双键易使PU材料有黄变、裂化、成膜性能较差及对基体或基材附着力不佳等问题，需进一步进行改质或接枝等繁琐合成反应，故不适用于规模化生产。

因此，对于生质水性PU树脂仍有发展的需求。

发明内容

为解决前述问题，本发明以衣康酸经氢化制得2-mSA，其仍包含二元羧酸(-COOH)结构，与二元醇酯化反应制备多元醇，反应相对稳定且较易控制，例如在分子量控制及分子量分布等皆较为精准，且依合成不同分子量的多元醇在不同反应物比例组成下，其生质含量约介于33～54％。此不仅大幅超越USDA生物基含量标准(≥25％)，且因已可超越USDA生质含量标准，故可利用2-mSA具立体效应的二元羧酸结构，设计嵌段酯/醚共聚软链段结构，使开发的生质水性PU产品将具更宽广的结构比例调整空间，可开发更多元化的产品发展及应用。

为达成上述目的，本发明使用最适化生质聚酯多元醇，及二元醇、二元胺(影响水性PU分子量大小、熔点及抗张强度)及亲水性扩链剂(可增加预聚物的亲水性，使其能有效均匀水分散，调整添加量探讨合成的乳液稳定性及粒径大小)，合成独特的生质聚酯多元醇、软硬链段的嵌段配方组成、NCO/OH的比例调控，并优化工艺条件。

附图说明

图1显示实例1至3的反应的温度曲线及流程。

图2显示实例4和5的反应的温度曲线及流程。

具体实施方式