專利名稱：一種天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人類生活質(zhì)量的提高，環(huán)保法規(guī)也越來(lái)越嚴(yán)格，各種環(huán)保條例對(duì)揮發(fā)性有機(jī) 化合物(VOC)的排放量、有害溶劑的含量都有嚴(yán)格限制。水性聚氨酯以水為分散介質(zhì)，具有 低毒、不易燃燒、不污染環(huán)境、節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來(lái)水性聚氨酯在涂料、膠粘 齊U、織物整理、皮革、合成革涂飾及油墨等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但相對(duì)于溶劑型聚氨酯 來(lái)說(shuō)，水性聚氨酯由于在分子結(jié)構(gòu)中引入了羧基、羥基等親水基團(tuán)，往往存在耐水、耐溶劑 性及力學(xué)性能較差的缺點(diǎn)。交聯(lián)改性是通過(guò)化學(xué)鍵的形式將線型的聚氨酯大分子鏈接在一起，形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚氨酯樹(shù)脂，是將熱塑性的聚氨酯樹(shù)脂轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦蜆?shù)脂比較有效的一種途徑。交 聯(lián)后的水性聚氨酯涂膜可表現(xiàn)出良好的耐水、耐溶劑性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有水性聚氨酯耐水、耐溶劑性及力學(xué)性能較差的缺點(diǎn)， 提供了一種成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好的天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制 備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)首先將聚二醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚二醇熔融后，再將二 異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在70-90°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，其中二異氰酸酯與聚二醇的物質(zhì)的量 之比為2-4 1，反應(yīng)時(shí)間為l_5h;2)將擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)l_4h，其中1，4-丁二醇與聚二醇的物質(zhì) 的量之比為0. 3-1. 2:1;3)再往反應(yīng)器中加入天然多羥基化合物和親水?dāng)U鏈劑在60-80°C反應(yīng)2_5h，其中 二異氰酸酯與天然多羥基化合物的物質(zhì)的量之比為8-35 1，二異氰酸酯與親水?dāng)U鏈劑的 物質(zhì)的量之比為2.5-5 1 ；4)降溫至15 35°C，加入有機(jī)堿調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7_8，高速攪拌下加入溫度 為0 40°C的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。本發(fā)明的聚二醇為聚醚二元醇或聚酯二元醇，且聚醚二元醇和聚酯二元醇數(shù)均相 對(duì)分子質(zhì)量分別為1000或2000，聚醚二元醇為聚氧化丙烯二醇或聚四氫呋喃醚二元醇；聚 酯二元醇為聚己內(nèi)酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯二元醇；二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯或二 苯基甲烷二異氰酸酯；天然多羥基化合物為蔗糖、葡萄糖、木糖醇或山梨醇；
親水?dāng)U鏈劑有磺酸鹽型和羧酸鹽型兩類，磺酸鹽型擴(kuò)鏈劑為乙二胺基乙磺酸鈉、1,4- 丁二醇-2-磺酸鈉或1，2- 二羥基-3-丙磺酸鈉；羧酸鹽型擴(kuò)鏈劑為二羥甲基丙酸或 二羥甲基丁酸；有機(jī)堿為三甲胺、三乙胺或三乙醇胺。本發(fā)明利用天然材料對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行改性，可得到綜合性能優(yōu)異的完全環(huán)保型 聚氨酯材料。利用天然多羥基化合物與聚氨酯反應(yīng)時(shí)可以將羥基引入聚氨酯主鏈，使之形 成復(fù)雜的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所制得的水性聚氨酯將保持環(huán)境友好材料的特性，且可改善傳統(tǒng) 水性聚氨酯室溫固化速度慢，耐水性差，初粘力低等缺點(diǎn)。而且整個(gè)制備工藝中不需要添 加有害溶劑，這樣既消除了對(duì)環(huán)境和操作人員的污染和損害，也提高了產(chǎn)品的應(yīng)用效果；同 時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)二異氰酸酯和聚二醇的種類和相對(duì)分子質(zhì)量得到預(yù)期的產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，1)首先將聚己內(nèi)酯二元醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚己內(nèi)酯二元 醇熔融后，再將異佛爾酮二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在70°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，其中異佛爾酮 二異氰酸酯與聚己內(nèi)酯二元醇的物質(zhì)的量之比為2 1，反應(yīng)時(shí)間為5h;2)將擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)2h，其中1，4-丁二醇與聚己內(nèi)酯二元醇 的物質(zhì)的量之比為0.3 1 ；3)再往反應(yīng)器中加入蔗糖和親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丙酸在60°C反應(yīng)5h，其中異佛 爾酮二異氰酸酯與蔗糖的物質(zhì)的量之比為25 1，異佛爾酮二異氰酸酯與二羥甲基丙酸的 物質(zhì)的量之比為4. 4 1 ；4)降溫至15°C，加入三乙胺調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7，高速攪拌下加入溫度為10°C 的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。實(shí)施例2，1)首先將聚四氫呋喃醚二元醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚四氫呋 喃醚二元醇熔融后，再將六亞甲基二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在90°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，其中 六亞甲基二異氰酸酯與聚四氫呋喃醚二元醇的物質(zhì)的量之比為4 1，反應(yīng)時(shí)間為Ih;2)將擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)3h，其中1，4-丁二醇與聚四氫呋喃醚二 元醇的物質(zhì)的量之比為1.2 1 ；3)再往反應(yīng)器中加入葡萄糖和親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丁酸在70°C反應(yīng)3. 5h，其中 六亞甲基二異氰酸酯與葡萄糖的物質(zhì)的量之比為35 1，六亞甲基二異氰酸酯與二羥甲基 丁酸的物質(zhì)的量之比為2. 5 1 ；4)降溫至30°C，加入三甲胺調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7. 5，高速攪拌下加入溫度為 o°c的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。實(shí)施例3，1)首先將聚氧化丙烯二醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚氧化丙烯二 醇熔融后，再將甲苯二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在80°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，其中甲苯二異氰酸 酯與聚氧化丙烯二醇的物質(zhì)的量之比為3 1，反應(yīng)時(shí)間為3h;2)將擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)lh，其中1，4_ 丁二醇與聚氧化丙烯二醇的物質(zhì)的量之比為0.7 1 ；3)再往反應(yīng)器中加入木糖醇和親水?dāng)U鏈劑乙二胺基乙磺酸鈉在65°C反應(yīng)4h，其中甲苯二異氰酸酯與木糖醇的物質(zhì)的量之比為30 1，甲苯二異氰酸酯與乙二胺基乙磺酸 鈉的物質(zhì)的量之比為3. 9 1 ；4)降溫至25°C，加入三乙醇胺調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7. 5，高速攪拌下加入溫度為 40°C的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。實(shí)施例4，1)首先將聚碳酸酯二元醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚碳酸酯二元 醇熔融后，再將二苯基甲烷二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在85°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，其中二苯基 甲烷二異氰酸酯與聚碳酸酯二元醇的物質(zhì)的量之比為2. 7 1，反應(yīng)時(shí)間為2.5h;2)將擴(kuò)鏈劑1，4_ 丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)3h，其中1，4_ 丁二醇與聚碳酸酯二元醇 的物質(zhì)的量之比為0.45 1 ；3)再往反應(yīng)器中加入山梨醇和親水?dāng)U鏈劑1，4_ 丁二醇-2-磺酸鈉在75V反應(yīng) 2h，其中二苯基甲烷二異氰酸酯與山梨醇的物質(zhì)的量之比為21 1，二苯基甲烷二異氰酸 酯與1，4_ 丁二醇-2-磺酸鈉的物質(zhì)的量之比為5 1 ；4)降溫至18°C，加入三乙胺調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7. 8，高速攪拌下加入溫度為 22°C的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。實(shí)施例5，1)首先將聚己二酸丁二醇酯二元醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚己 二酸丁二醇酯二元醇熔融后，再將異佛爾酮二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在78°C進(jìn)行聚合反 應(yīng)，其中異佛爾酮二異氰酸酯與聚己二酸丁二醇酯二元醇的物質(zhì)的量之比為3. 2 1，反應(yīng) 時(shí)間為4h ；2)將擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)4h，其中1，4-丁二醇與聚己二酸丁二醇 酯二元醇的物質(zhì)的量之比為0.9 1 ；3)再往反應(yīng)器中加入蔗糖和親水?dāng)U鏈劑1，2_ 二羥基-3-丙磺酸鈉在80°C反應(yīng) 5h，其中異佛爾酮二異氰酸酯與蔗糖的物質(zhì)的量之比為8 1，異佛爾酮二異氰酸酯與1， 2-二羥基-3-丙磺酸鈉的物質(zhì)的量之比為3. 7 1 ；4)降溫至35°C，加入三甲胺和三乙胺調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為8，高速攪拌下加入溫 度為30°C的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。
權(quán)利要求
天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，其特征在于1)首先將聚二醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚二醇熔融后，再將二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中在70-90℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，其中二異氰酸酯與聚二醇的物質(zhì)的量之比為2-4∶1，反應(yīng)時(shí)間為1-5h；2)將擴(kuò)鏈劑1，4-丁二醇加入反應(yīng)器反應(yīng)1-4h，其中1，4-丁二醇與聚二醇的物質(zhì)的量之比為0.3-1.2∶1；3)再往反應(yīng)器中加入天然多羥基化合物和親水?dāng)U鏈劑在60-80℃反應(yīng)2-5h，其中二異氰酸酯與天然多羥基化合物的物質(zhì)的量之比為8-35∶1，二異氰酸酯與親水?dāng)U鏈劑的物質(zhì)的量之比為2.5-5∶1；4)降溫至15～35℃，加入有機(jī)堿調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7-8，高速攪拌下加入溫度為0～40℃的去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，其特征 在于所述的聚二醇為聚醚二元醇或聚酯二元醇，且聚醚二元醇和聚酯二元醇數(shù)均相對(duì)分 子質(zhì)量分別為1000或2000，聚醚二元醇為聚氧化丙烯二醇或聚四氫呋喃醚二元醇；聚酯二 元醇為聚己內(nèi)酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己二酸丁二醇酯二元醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，其特征 在于所述的二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯或 二苯基甲烷二異氰酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，其特征 在于所述的天然多羥基化合物為蔗糖、葡萄糖、木糖醇或山梨醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，其特征 在于所述的親水?dāng)U鏈劑有磺酸鹽型和羧酸鹽型兩類，磺酸鹽型擴(kuò)鏈劑為乙二胺基乙磺酸 鈉、1，4- 丁二醇-2-磺酸鈉或1，2- 二羥基-3-丙磺酸鈉；羧酸鹽型擴(kuò)鏈劑為二羥甲基丙酸 或二羥甲基丁酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，其特征 在于所述的有機(jī)堿為三甲胺、三乙胺或三乙醇胺。
全文摘要
一種天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液的制備方法，首先將聚二醇加入到干燥反應(yīng)器中，加熱使反應(yīng)器中的聚二醇熔融后，再將二異氰酸酯加入到反應(yīng)器中進(jìn)行聚合反應(yīng)；將擴(kuò)鏈劑加入反應(yīng)器，制備出一種聚氨酯預(yù)聚體；再加入天然多羥基化合物和親水?dāng)U鏈劑進(jìn)行反應(yīng)一段時(shí)間后，降溫，加入有機(jī)堿調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值；高速攪拌下加入去離子水，即獲得了天然多羥基化合物改性水性聚氨酯乳液。本發(fā)明采用天然多羥基化合物改性水性聚氨酯，產(chǎn)品既具有良好的綜合性能，又具有環(huán)境友好、無(wú)毒、無(wú)害、運(yùn)輸安全等特點(diǎn)，屬環(huán)保型聚氨酯產(chǎn)品。天然多羥基化合物改性水性聚氨酯可以克服傳統(tǒng)水性聚氨酯室溫固化速度慢，耐水性差等缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08G18/32GK101845133SQ201010137638
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者楊燕, 沈一丁, 王磊, 賴小娟, 趙靜 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)