[发明专利]无添加有机溶剂的水性聚氨酯树脂乳液制备方法和应用

说明书

本发明公开了无添加有机溶剂的水性聚氨酯树脂乳液制备方法和应用，其方法包括以下步骤：一、将多元醇与磺酸盐改性二异氰酸酯反应，得到含磺酸盐基端头带‑OH基或‑NCO基的预聚物；二、将含磺酸盐基端头带‑OH基的预聚物与水混合，分散，或是与反应型乳化剂混合，再与水混合，分散，得到端头带羟基的水性聚氨酯树脂乳液；或是将含磺酸盐基端头带‑NCO基的预聚物与水混合，分散，再与多元胺和水的混合液进行反应和乳化，得到含有脲基的水性聚氨酯树脂乳液。本发明整个制备水性聚氨酯树脂乳液的过程中不用添加任何有机溶剂，也无需脱除溶剂工序，是一种环保生产新工艺，且制备方法简单，适用性强，生产成本低，乳液稳定性好，适用范围广。

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯树脂技术领域，特别涉及一种无添加有机溶剂的水性聚氨酯树脂乳液制备方法和应用。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)具有低或无挥发性有机化合物(VOC)的优点，在涂料、胶粘剂、皮革、油墨等领域具有广泛的应用。但是现有技术在水性聚氨酯的合成过程中，并不是真正意义上的绿色环保，或多或少都会用到有机溶剂，如丙酮、N-甲基毗咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺胺(DMF)等。由于脱除溶剂蒸馏提纯的过程麻烦，且脱除不干净，以及跑、冒、滴、漏等给生产过程带来安全隐患，特别是高沸点溶剂NMP、DMF，在制成WPU后基本未除去。比如专利文献CN 110818873A公开了一种水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用，在生产过程中需要加入预聚物总量1-2倍的丙酮或丁酮，对预聚物进行溶解稀释，以便扩链和引入亲水基，制成乳液后再减压蒸馏脱除溶剂。CN110684500A公开了一种水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法，在生产中也要加入100-180重量份的丙酮调节粘度，制成乳液后再真空脱除丙酮。现有技术普遍采用的都是这种在生产WPU过程中加入有机溶剂，制成乳液后再真空脱除溶剂的方法，但是真空脱除溶剂的残留量很大，一般有5％以上的溶剂会残存在乳液中。

随着目前生态环境治理要求的提高，对化工产品VOC的管控越来越严格，生产水性聚氨酯过程中加入溶剂的方法正逐渐被新技术取代，目前已有一些无溶剂生产技术的相关技术方案出现。如CN111333808A公开了一种无溶剂水性聚氨酯的制备方法，在整个反应过程中，通过控制异氰酸酯和多元醇以及扩链剂、亲水扩链剂的比例来控制预聚体的分子量和粘度，达到不需要添加任何有机溶剂就可以较好地进行乳化，但是，该技术生产的水性聚氨酯的数均分子量比较低，为5000～8000，应用范围很窄。CN114181357A公开了一种生物基无溶剂水性聚氨酯乳液及制备印刷油墨的用途，其只限于用聚1,3-丙二醇、IPDI、HDI为原料制备WPU，不具有普遍实用性。CN108178824A公开了一种磺酸型水性聚氨酯乳液及其无溶剂制备方法，该工艺方法复杂，尤其是接入磺酸盐型多元胺亲水扩链剂后，再加入小分子二元醇升到160-240℃高温扩链，体系存在胺的催化作用使反应过程难以控制，且降温至30-50℃直接加水乳化的难度也比较大。总之，现有技术对无溶剂生产方法的研究还处于起步阶段，存在着制备的WPU的分子量低、强度性能差、应用范围窄、工艺复杂等问题。

因此，如何开发一种工艺简单、成本较低的无有机溶剂生产新技术，是目前聚氨酯水性化急需攻克的一道重大难题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种无添加有机溶剂的水性聚氨酯树脂乳液制备方法，在整个制备过程中不用添加任何有机溶剂，真正实现环保型水性聚氨酯生产，并且工艺方法简单，效率高，成本低。本发明的目的之二在于提供这种制备方法制得的水性聚氨酯树脂乳液。本发明的目的之三在于提供这种制备方法制得的水性聚氨酯树脂乳液的应用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面提供了一种无添加有机溶剂的水性聚氨酯树脂乳液制备方法，包括以下步骤：

一、制备含亲水基的聚氨酯预聚物

将多元醇与磺酸盐改性二异氰酸酯反应，得到含磺酸盐基端头带-OH基或-NCO基的预聚物；