水性聚氨酯乳液及其生产方法与流程

本发明涉及一种水性聚氨酯乳液及其生产方法。

背景技术：

1、水性聚氨酯以水代替有机溶剂作为分散介质，具有无毒、无刺激性气味、不易燃烧等优点，已在水性涂层、水性油墨、水性胶黏剂等领域广泛应用。水性聚氨酯产品的固含量一般较低。水的比热容高于常用的有机溶剂。相比于溶剂型乳液，在相同固含量的情况下，水性乳液成膜所需的干燥时间长，所需的热量多，这大大提高了生产成本，降低了生产效率。此外，水性乳液含水量多，其中所含的树脂量较少，这也会增加产品的包装和运输成本。

2、cn101724135a公开了一种水性聚氨酯分散体的制备方法，将多元醇与酮类有机溶剂、阴离子型亲水扩链剂搅拌混合，在搅拌下加入异构化二苯基甲烷二异氰酸酯，使体系充分反应，生成端异氰酸的预聚体。降温后向所述预聚体中加入阴离子型水性聚氨酯成盐剂，搅拌使预聚体成盐，加入去离子水使预聚体乳化，加入胺类或醇类扩链剂搅拌，反应结束后，升温减压脱除酮类有机溶剂，即得水性聚氨酯分散体。该方法需要使用酮类有机溶剂，在制备的过程中会释放出挥发性有机物。

3、cn1869091a公开了一种无溶剂法制备水性聚氨酯的方法，将多异氰酸酯、二羟甲基丙酸以及多元醇混合，搅拌反应，得到含端异氰酸酯基团的预聚物。将上述预聚物冷却，在剧烈搅拌下，将溶有三乙胺和多元胺扩链剂的水溶液加入到预聚物中，在60～70℃下反应1～2小时，扩链分散得到水性聚氨酯。该方法得到的水性聚氨酯的固含量较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种水性聚氨酯乳液的生产方法，该生产方法在制备的过程中无需使用有机溶剂，且所得水性聚氨酯乳液的固含量高。进一步地，该生产方法所得水性聚氨酯乳液的粘度较低。更进一步地，该生产方法所得水性聚氨酯乳液固化后具有良好的力学性能和较高的粘接强度。再进一步地，该生产方法所得水性聚氨酯乳液成膜后具有良好的耐溶剂性。本发明的另一个目的在于提供一种水性聚氨酯乳液。

2、本发明通过以下技术方案实现上述目的。

3、一方面，本发明提供了一种水性聚氨酯乳液的生产方法，包括如下步骤：

4、(1)将45～75重量份聚碳酸酯二醇和25～40重量份异氟尔酮二异氰酸酯在60～95℃下预聚2～4.5h，得到第一产物；

5、(2)将第一产物降温至10～60℃，然后与含有羟基和羧基的扩链剂、中和剂混合；控制反应体系的温度为45～75℃，保温1～4h，得到第二产物；

6、(3)向第二产物中加入水和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠乳化2～10min，得到第一乳化物；将第一乳化物降温至15～35℃后，向第一乳化物中加入水，乳化5～20min，得到第二乳化物；

7、(4)将第二乳化物与5～8重量份异氟尔酮二胺、2～5重量份n-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷在15～35℃下反应0.5～3h，得到水性聚氨酯乳液。

8、根据本发明的生产方法，优选地，所述聚碳酸酯二醇如式(a)所示：

9、

10、式(a)中，r1和r2分别独立地选自c1～c6的亚烷基，n表示聚合度；

11、所述聚碳酸酯二醇的分子量为500～4000。

12、根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，聚碳酸酯二醇和异氟尔酮二异氰酸酯在金属有机盐的存在下预聚；

13、所述金属有机盐选自新葵酸铋、异辛酸铋、月桂酸铋、新葵酸锌、月桂酸锌、异辛酸锌中的一种或多种；

14、所述金属有机盐的用量为0.03～0.2重量份。

15、根据本发明的生产方法，优选地，所述聚碳酸酯二醇在使用前进行除水处理；

16、所述除水处理包括如下步骤：将聚碳酸酯二醇在压力≤10pa，且温度为100～150℃下除水1～4h。

17、根据本发明的生产方法，优选地，将除水处理后的聚碳酸酯二醇在惰性气体的保护下降温至15～70℃，然后向降温后的聚碳酸酯二醇中加入异氟尔酮二异氰酸酯和金属有机盐。

18、根据本发明的生产方法，优选地，所述扩链剂选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟乙基丙酸、二羟乙基丁酸中的一种或多种；

19、所述扩链剂的用量为3～10重量份；

20、所述中和剂选自三乙胺、三丙胺、三丁胺、二甲基环己胺中、甲酸、乙酸、盐酸、氢氧化钠、环氧氯丙烷中的一种或多种；

21、所述中和剂的用量为1～3重量份。

22、根据本发明的生产方法，优选地，向第二产物中加入水的量为20～40重量份，加入脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠的量为0.5～3.5重量份；

23、向第一乳化物中加入水的量为50～90重量份。

24、另一方面，本发明提供了一种水性聚氨酯乳液，该水性聚氨酯乳液由上述生产方法制备得到。

25、根据本发明的水性聚氨酯乳液，优选地，所述水性聚氨酯乳液的固含量≥50wt％，所述固含量根据bs en iso 3251-2019中所规定的方法测得；

26、所述水性聚氨酯乳液的粘度为300～600cp，所述粘度采用brookfield dv2t型旋转粘度计测定25℃下的熔体粘度而得到。

27、根据本发明的水性聚氨酯乳液，优选地，所述水性聚氨酯乳液的拉伸强度≥55mpa，伸长率≥400％，100％定伸强度≥10mpa；所述拉伸强度、伸长率和100％定伸强度根据gb/t528-2009中所规定的方法测得；

28、所述水性聚氨酯乳液的粘接强度≥55n；所述粘接强度根据gjb-446-1988中所规定的方法测得。

29、本发明的生产方法在制备的过程中无需使用有机溶剂，且所得水性聚氨酯乳液的固含量高。进一步地，该生产方法所得水性聚氨酯乳液的粘度较低，便于使用。更进一步地，该生产方法所得水性聚氨酯乳液固化后具有良好的力学性能和较高的粘接强度。再进一步地，该生产方法所得水性聚氨酯乳液成膜后具有良好的耐溶剂性。

技术特征：

1.一种水性聚氨酯乳液的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述聚碳酸酯二醇如式(a)所示：

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，聚碳酸酯二醇和异氟尔酮二异氰酸酯在金属有机盐的存在下预聚；

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述聚碳酸酯二醇在使用前进行除水处理；

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，将除水处理后的聚碳酸酯二醇在惰性气体的保护下降温至15～70℃，然后向降温后的聚碳酸酯二醇中加入异氟尔酮二异氰酸酯和金属有机盐。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述扩链剂选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟乙基丙酸、二羟乙基丁酸中的一种或多种；

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，向第二产物中加入水的量为20～40重量份，加入脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠的量为0.5～3.5重量份；

8.一种水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液由权利要求1～7任一项所述的生产方法得到。

9.根据权利要求8所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液的固含量≥50wt％，所述固含量根据bs en iso 3251-2019中所规定的方法测得；

10.根据权利要求8所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液的拉伸强度≥55mpa，伸长率≥400％，100％定伸强度≥10mpa；所述拉伸强度、伸长率和100％定伸强度根据gb/t528-2009中所规定的方法测得；

技术总结本发明公开了一种水性聚氨酯乳液及其生产方法。该生产方法包括如下步骤：(1)将聚碳酸酯二醇和异氟尔酮二异氰酸酯预聚，得到第一产物；(2)将第一产物降温，然后与含有羟基和羧基的扩链剂、中和剂混合；控制反应体系的温度为45～75℃，保温1～4h，得到第二产物；(3)向第二产物中加入水和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠乳化，得到第一乳化物；将第一乳化物降温至15～35℃后，向第一乳化物中加入水乳化，得到第二乳化物；(4)将第二乳化物与5～8重量份异氟尔酮二胺、2～5重量份N‑2‑氨乙基‑3‑氨丙基三乙氧基硅烷反应，得到水性聚氨酯乳液。该生产方法无需使用有机溶剂，且能够得到固含量高的水性聚氨酯乳液。技术研发人员：王超受保护的技术使用者：盛鼎高新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18