專利名稱：一種具有高防靜電性能的水性聚氨酯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚氨酯，尤其涉及一種水性聚氨酯，更具體是涉及一種可用作紡織涂層或片材且具有防靜電性能的水性聚氨酯。本發(fā)明還涉及上述水性聚氨酯的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的飛速發(fā)展和高分子材料的廣泛應(yīng)用，靜電作為一種普遍的物理現(xiàn)象，其作用力、放電和感應(yīng)現(xiàn)象引起的危害已逐步引起人們的重視，雖然現(xiàn)有的電子產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家大多在設(shè)計(jì)上已采用了抗靜電的保護(hù)電路，但是，與電子產(chǎn)品接觸的工作人員所穿的化纖衣服、各種塑料包裝材料的滑動(dòng)、摩擦、或分離均會(huì)產(chǎn)生靜電，特別是在空氣干燥的季節(jié)里，將會(huì)產(chǎn)生600 - 15000V的靜電電壓，如果濕度為20%以下時(shí)，靜電電壓可高達(dá)30kV，對(duì)于那些對(duì)靜電放電比較敏感的器件，即使有抗靜電保護(hù)電路，也是非常危險(xiǎn)的，因此，消除工作人員或包裝材料帶靜電的問題顯得十分必要。為了盡可能減少靜電給電子產(chǎn)品帶來(lái)的危害，通常的做法是對(duì)操作人員的工作服和手套等進(jìn)行防靜電涂層的處理，并采用防靜電片材作為電子產(chǎn)品的包裝材料或膜套、膜墊；由于丙烯酸樹脂、聚氨酯等成膜性好，通常作為防靜電涂層或片材的主要材料使用，現(xiàn)有的防靜電紡織涂層和片材主要是采用溶劑型的丙烯酸樹脂或聚氨酯，但隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐步提高，防靜電紡織涂層和片材也開始采用水性丙烯酸樹脂或水性聚氨酯來(lái)代替溶劑型的丙烯酸樹脂或聚氨酯 。水性丙烯酸樹脂由于比較脆，柔韌性不夠，而且產(chǎn)品仍含有V0C,因而不適應(yīng)要求比較嚴(yán)格的產(chǎn)品；現(xiàn)有的水性聚氨酯大部分是進(jìn)口，價(jià)格相對(duì)較高，而且這些水性聚氨酯是采用聚醚多元醇作為單體，其耐水性較差，且在較高溫度下有回粘的現(xiàn)象出現(xiàn)；另外，現(xiàn)有的水性丙烯酸和水性聚氨酯的防靜電性能也不太理想，作為防靜電紡織涂層和片材使用時(shí)，還需添加少量的導(dǎo)電乳液。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種綜合性能好、且具有高防靜電性能的水性聚氨酯。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述具有高防靜電性能水性聚氨酯的制備方法。為實(shí)現(xiàn)以上第一個(gè)目的，本發(fā)明的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，由包括如下重量配比的各組分聚合獲得:
異佛爾酮二異氰酸酯8 - 15%
聚己內(nèi)酯多元醇4 — 8%
葵二酸聚酯多元醇2 - 2.5%
三羥甲基丙烷0.4 — 0.6%
乙_■胺0.3 — 0.4%
雙羥甲基丙酸2 — 3%
聚甲基硅氧烷0.5 — 0.8%丙酮20 - 25%
pH值調(diào)節(jié)劑1.5 — 2.5%
去尚子水35 -55%
上述各組分的重量配比之和為100%。由于環(huán)氧樹脂具有硬度高、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良等特點(diǎn)，而聚氨酯在這方面的性能相對(duì)較差，利用環(huán)氧樹脂和聚氨酯在性能上的互補(bǔ)可大大提高聚氨酯的綜合性能，因此，上述具有高防靜電性能的水性聚氨酯還包括有2 - 2.5%的環(huán)氧樹脂，該環(huán)氧樹脂優(yōu)選E44環(huán)氧樹脂。為了使涂層或片材具有更好的透明度，上述具有高防靜電性能的水性聚氨酯還添加有1、6乙二醇和1、4 丁二醇作為擴(kuò)鏈劑，它們?cè)谂浞街械闹亓颗浔葹?、6乙二醇0.8 -1.5%、1、4丁二醇0.6 — 0.9%。為了增加呈粉狀組分的溶解度，避免涂層或片材中出現(xiàn)微小的顆粒，上述具有高防靜電性能的水性聚氨酯還包括有2 - 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。為了提高涂層或片材的拉伸率，同時(shí)也可增加涂層或片材的強(qiáng)度，上述聚己內(nèi)酯多元醇優(yōu)選分子量為2000的聚己內(nèi)酯多元醇，葵二酸聚酯多元醇優(yōu)選分子量為1000的葵
二酸聚酯多元醇。為了增加上述各組分的 匹配度，上述pH值調(diào)節(jié)劑優(yōu)選三乙胺。本發(fā)明還提供了一種上述具有高防靜電性能的水性聚氨酯的制備方法，該方法依次包括如下步驟:
(1)將計(jì)量的聚己內(nèi)酯多元醇、葵二酸聚酯多元醇加入反應(yīng)釜，升溫到120±2°c脫水30分鐘，然后降溫到80±2°C，加入異佛爾酮二異氰酸酯、三羥甲基丙烷，再升溫到80-100。。，反應(yīng) 3-4 小時(shí)；
(2)將步驟(I)的反應(yīng)產(chǎn)物降溫到70±2°C，加入計(jì)量的雙羥甲基丙酸，升溫到80-90°C，保溫2小時(shí)，視粘度情況加入丙酮降粘；
(3)將步驟(2)的反應(yīng)產(chǎn)物降溫到60±2°C，加入計(jì)量的聚甲基硅氧烷及剩余的丙酮，在50-80°C反應(yīng)3-5小時(shí)；
(4)將步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物降溫至40±2°C，加入計(jì)量的pH值調(diào)節(jié)劑中和反應(yīng)30分鐘，移至高速分散機(jī)下，加入計(jì)量的去離子水、乙二胺，攪拌I小時(shí)，吸入脫溶釜，旋出丙酮，制得具有高防靜電性能的水性聚氨酯樹脂。為了更好提高本發(fā)明產(chǎn)品的綜合性能，上述制備方法中，步驟(3)在聚甲基硅氧烷的同時(shí)，加入2 - 2.5%的環(huán)氧樹脂。由于環(huán)氧樹脂中的一OH在與一NCO反應(yīng)時(shí)有較快的速度，容易使產(chǎn)品凝膠，因此，我們?cè)诙嘣寂c異氰酸酯反應(yīng)一段時(shí)間后再加入，減緩了反應(yīng)速率，但又可以實(shí)現(xiàn)接枝，使反應(yīng)過程較為平緩。為了使涂層或片材具有更好的透明度，上述步驟(2)在加入雙羥甲基丙酸的同時(shí)，加入 0.8 — 1.5% 的 1、6 乙二醇和 0.6 — 0.9%的 1、4 丁二醇。為了減少涂層或片材中出現(xiàn)微小的粉狀顆粒，在步驟(3)中加入聚甲基硅氧烷的同時(shí)，加入2 — 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。本發(fā)明的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，通過選用長(zhǎng)碳鏈結(jié)構(gòu)的聚己內(nèi)酯多元醇和葵二酸聚酯多元醇，配合一定量的聚甲基硅氧烷，在大大提高水性聚氨酯柔韌性和爽滑絲綢感、使其防靜電性能得以大幅度增加的同時(shí)，也使得由該水性聚氨酯制得的涂層或片材，其耐水性、穩(wěn)定性、耐老化性能等綜合性能得到了顯著提高，避免了高溫回粘、低溫爆裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，而選用異佛爾酮二異氰酸酯，是利用其與羥基、胺等含活潑氫化合物反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)活性比芳香族異氰酸酯低，蒸汽壓也低，在保證操作安全的同時(shí)具有優(yōu)異的耐熱性和光穩(wěn)定性。本發(fā)明水性聚氨酯的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、操作方便、溶劑易于回收處理，在乳化之前便可制得高分子量的預(yù)聚體或聚氨酯樹脂，所得乳液的膜性能更佳。本發(fā)明的水性聚氨酯特別適合作為紡織、手套、服裝的防靜電涂層和電子設(shè)備的包裝片材使用。
具體實(shí)施例方式1、配方
異佛爾酮二異氰酸酯(iroi)is Kg
聚己內(nèi)酯多元醇分子量20008 Kg
葵二酸聚酯多元醇分子量10003 Kg
三羥甲基丙烷(TMP)0.6 Kg
乙二胺(EA)0.5 Kg
1，6 己二醇(1，6HD0)1.5 Kg
1，4 丁二醇(1，4BD0)I Kg
雙羥甲基丙酸(DMPA)3 Kg
聚甲基硅氧烷0.9 Kg 環(huán)氧樹脂(E44)3 Kg
三乙胺(TEA)2.4 Kg
丙酮30 Kg
氮-甲基吡咯烷酮(NMP)3 Kg
去離子水61 Kg
2、制備
(1)按照上述配方的量，將聚酯多元醇加入反應(yīng)釜升溫到120°C脫水30分鐘，然后降溫到80。。，加入IPD1、TMP，再升溫到80-100。。，反應(yīng)3-4小時(shí)；
(2)將步驟(I)的產(chǎn)物降溫到70。。，加入I,6HD0U, 4BD0、DMPA，升溫到85°C保溫2小時(shí)，視粘度情況加入丙酮降粘；
(3)將步驟(2)的產(chǎn)物降溫到60°C，加入聚甲基硅氧烷、NMP、E44及剩余的丙酮，在65°C反應(yīng)3-5小時(shí)；
(4)將步驟(3)的產(chǎn)物降溫至40°C，加入三乙胺中和反應(yīng)30分鐘，產(chǎn)物移至高速分散機(jī)下，加入去離子水、EA，攪拌I小時(shí)，吸入脫溶釜，旋出丙酮，得到產(chǎn)品；
上述反應(yīng)過程，反應(yīng)釜的攪拌速度控制在50 - 80轉(zhuǎn)/分，步驟(2)中，視粘度情況加入丙酮降粘，是指當(dāng)攪拌速度變慢時(shí)，適當(dāng)加入丙酮降粘。上述產(chǎn)品為清澈透明的藍(lán)光乳液，固含量35%，PH值為7-9，膠體電荷為陰離子。3、性能比較
(I)涂膜下表是采用本發(fā)明的水性聚氨酯與采用現(xiàn)有的普通水性聚氨酯、水性丙烯酸樹脂制成涂膜后各項(xiàng)性能的比較:
權(quán)利要求
1.一種具有高防靜電性能的水性聚氨酯，由包括如下重量配比的各組分聚合獲得: 異佛爾酮二異氰酸酯8 - 15% 聚己內(nèi)酯多元醇4 — 8% 葵二酸聚酯多元醇2 - 2.5% 三羥甲基丙烷0.4 — 0.6% 乙二胺0.3 — 0.4% 雙羥甲基丙酸2 — 3% 聚甲基硅氧烷0.5 — 0.8%丙酮20 - 25% pH值調(diào)節(jié)劑1.5 — 2.5%去尚子水35 -55% 上述各組分的重量配比之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯還包括有2 - 2.5%的環(huán)氧樹脂，該環(huán)氧樹脂為E44環(huán)氧樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯還添加有1、6乙二醇和1、4 丁二醇，它們?cè)谂浞街械闹亓颗浔葹?1、6 乙二醇 0.8 — 1.5%、1、4丁二醇0.6 — 0.9%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯還包括有2 - 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述聚己內(nèi)酯多元醇為分子量為2000的聚己內(nèi)酯多元醇，葵二酸聚酯多元醇為分子量為1000的葵二酸聚酯多元醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，其特征在于:所述pH值調(diào)節(jié)劑為三乙胺。
7.—種權(quán)利要求1所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯的制備方法，該方法依次包括如下步驟: (O將計(jì)量的聚己內(nèi)酯多元醇、葵二酸聚酯多元醇加入反應(yīng)釜，升溫到120±2°C脫水30分鐘，然后降溫到80±2°C，加入異佛爾酮二異氰酸酯、三羥甲基丙烷，再升溫到80-100。。，反應(yīng) 3-4 小時(shí)； (2)將步驟(I)的反應(yīng)產(chǎn)物降溫到70±2°C，加入計(jì)量的雙羥甲基丙酸，升溫到80-90°C，保溫2小時(shí)，視粘度情況加入丙酮降粘； (3)將步驟(2)的反應(yīng)產(chǎn)物降溫到60±2°C，加入計(jì)量的聚甲基硅氧烷及剩余的丙酮，在50-80°C反應(yīng)3-5小時(shí)； (4)將步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物降溫至40±2°C，加入計(jì)量的pH值調(diào)節(jié)劑中和反應(yīng)30分鐘，移至高速分散機(jī)下，加入計(jì)量的去離子水、乙二胺，攪拌I小時(shí)，吸入脫溶釜，旋出丙酮，制得具有高防靜電性能的水性聚氨酯樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于:所述制備方法中，步驟(3)在聚甲基硅氧烷的同時(shí)，加入2 — 2.5%的環(huán)氧樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于:所述制備方法中，步驟(2)在加入雙羥甲基丙酸的同時(shí)，加入0.8 - 1.5%的1、6乙二醇和`0.6 - 0.9%的 1、4 丁二醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述具有高防靜電性能的水性聚氨酯的制備方法，其特征在于:所述制備方法中，步驟(3)中加入`聚甲基硅氧烷的同時(shí)，加入2 - 2.5%的氮甲基吡咯烷酮。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種綜合性能好、且具有高防靜電性能的水性聚氨酯，該水性聚氨酯是由包括8－15%異佛爾酮二異氰酸酯、4－8%聚己內(nèi)酯多元醇、2－2.5%葵二酸聚酯多元醇、0.4－0.6%三羥甲基丙烷、0.3－0.4%乙二胺、2－3%雙羥甲基丙酸、0.5－0.8%聚甲基硅氧烷、20－25%丙酮、1.5－2.5%pH值調(diào)節(jié)劑和35-55%的去離子水聚合而得。本發(fā)明的具有高防靜電性能的水性聚氨酯，不僅具有優(yōu)越的防靜電性能，而且其耐水性、耐熱性、耐溶劑性、穩(wěn)定性、耐老化性能等綜合性能均得到了顯著的提高，是一種理想的永久防靜電環(huán)保型水性涂料，特別適合于作為紡織、手套、服裝的防靜電涂層和電子設(shè)備的包裝片材使用。本發(fā)明還提供了一種上述水性聚氨酯的制備方法。
文檔編號(hào)C08G18/75GK103145943SQ20131006866
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者田慧, 王俊博 申請(qǐng)人:汕頭市龍湖昌豐化工有限公司