专利名称：反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，具体的说是一种能够 同时进行有机硅改性和交联改性的水性聚氨酯分散体的制备方法。
背景技术：
由于对环境友好，水性聚氨酯自问世以来在涂饰剂领域获得了长足的发展，但也 遇到了制约其应用的难题。由于合成的水性聚氨酯大多为线型分散体产品，加上分子链段 中亲水基团的存在，使得水性聚氨酯涂膜的耐水性差。研究资料表明，有机硅改性能够提高 水性聚氨酯涂膜的耐水性。虽然将有机硅链段引入到聚氨酯分子中去可以明显的提高涂膜 的耐水性，但是有机硅自身机械性能差的缺点也影响了涂膜的物理机械性能。为了克服有 机硅改性带来的缺点，提高涂膜的物理机械性能，最有效方法就是使分散体膜材料获得三 维交联结构。由于分散成膜机理限制，获得这种三维交联结构的唯一方法就是后交联，即分散 体的聚合物是未交联的线型或支化结构，分散体干燥成膜后引发交联反应形成交联结构。 目前，唯一成功的水性聚氨酯后交联体系就是酮胼交联体系。通过在水性聚氨酯结构中引 入酮羰基，在干燥过程中，随着可挥发有机胺中和剂的挥发，酮羰基和酰胼发生反应形成交 联。
发明内容
为了提高水性聚氨酯涂膜的耐水性能，同时克服有机硅改性后带来的缺点，本发 明提供一种反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，具体的说是一种能够同时进行有机 硅改性和交联改性的水性聚氨酯分散体的制备方法。本发明的技术特征是以反应型有机硅、多异氰酸酯、聚合物多元醇、亲水扩链剂、 一般扩链剂、有机胺类中和剂、分散扩链剂为原料，通过预聚反应、成盐反应和分散扩链反 应，得到有机硅改性聚氨酯分散体；根据反应体系中酮羰基的物质的量，按酮羰基与双酰胼 摩尔比2 1将双酰胼溶入，搅拌均勻后得到反应型有机硅改性聚氨酯水分散体。反应型有机硅具有下列的结构式
权利要求
1.一种反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是，以反应型有机硅、多异氰 酸酯、聚合物多元醇、亲水扩链剂、一般扩链剂、有机胺类中和剂、分散扩链剂为原料，通过 预聚反应、成盐反应和分散扩链反应，得到有机硅改性聚氨酯分散体；然后根据反应体系中 酮羰基的物质的量，按酮羰基与双酰胼摩尔比2 1将双酰胼溶入，搅拌均勻后得到产物。
2.根据权利要求1所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是，所述预聚反应为反应容器中加入多异氰酸酯和反应型有机硅，升温至50 80°C后反 应30 60min ；然后加入聚合物多元醇，同样温度下继续反应30 60min ；将亲水扩链剂加 入到反应体系中，在50 80°C下反应30 60min后；然后加入一般扩链剂50 80°C下反 应40 60min后分析预聚物中异氰酸基含量，当异氰酸基含量达到理论值，终止反应，得到 主链含醚基、氨酯基和聚硅氧烷链段，侧链含酮羰基的多元嵌段预聚物；其中，预聚物中异 氰酸基含量=(多异氰酸酯物质的量-羟基化合物总物质的量)*2*异氰酸基分子量/总 固体质量；所述成盐反应为将预聚物降至室温，加入丙酮降低粘度，室温下搅拌直至预聚物溶 解，得到均相溶液，再加入有机胺类中和剂中和分子链中的羧酸基；所述分散扩链反应为将上述产物强力分散于分散扩链剂的去离子水中使其乳化扩 链；乳化扩链结束后，于50°C除去丙酮；其中，所述原料多异氰酸酯中异氰酸酯基与原料反应型有机硅、聚合物多元醇、亲水扩 链剂和一般扩链剂中的羟基总和的摩尔比为1.5 1 1 1，所述亲水扩链剂与有机胺 类中和剂的摩尔比为1 1，所述产物的固含量范围为20% 40%，所述反应型有机硅含 量范围为3% 11%，所述聚合物多元醇含量范围为46%- %,所述亲水基团羧酸基 含量范围为 4%，所述预聚物中异氰酸基含量理论值为0. 1% -5% ；所述分散扩链 剂与预聚反应结束时预聚物中异氰酸基的摩尔比为0. 33 0. 4 ；所述反应型有机硅、聚合 物多元醇和亲水基团羧酸基的含量分别为反应型有机硅、聚合物多元醇和亲水基团羧酸基 的质量占总固体质量的百分比；所述总固体质量为反应型有机硅、多异氰酸酯、聚合物多元 醇、亲水扩链剂、一般扩链剂和有机胺类中和剂的总质量。
3.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述反应型有机硅的结构式为
4.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述聚合物多元醇是聚醚多元醇、聚酯多元醇和聚碳酸酯多元醇中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是所述聚醚多元醇是聚四氢呋喃多元醇、聚氧化乙烯多元醇、聚氧化丙烯多元醇中的任意一种，或者是四氢呋喃、氧化乙烯、氧化丙烯任意两者的共聚多元醇中一种，或者是四氢 呋喃、氧化乙烯、氧化丙烯三者共聚多元醇；所述聚酯多元醇是聚己二酸己二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二 酸新戊二醇酯、聚邻苯二甲酸己二醇酯中的任意一种，或者是由二元酸与二元醇缩合而成 的聚酯多元醇，或者是由内酯开环聚合而成的聚酯多元醇；所述的聚碳酸酯多元醇是含两个或两个以上端羟基含碳酸酯结构的齐聚物，是由碳酸 二酯与二元醇通过酯交换获得。
6.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述亲水扩链剂是二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸和N-磺酸乙基乙二胺中的任意一种。
7.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述一般扩链剂是乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、乙二胺、丙二胺、丁二胺和 己二胺中的任意一种。
8.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述有机胺类中和剂是三乙胺和氨水中的任意一种。
9.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述分散扩链剂是二乙烯三胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丝氨醇和丙三醇中的任意一种。
10.根据权利要求1或2所述的反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法，其特征是 所述双酰胼是己二酸二酰胼、癸二酸二酰胼、乙二酸二酰胼、丁二酸二酰胼、丙二酸二酰胼 和碳酸二酰胼中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种反应型有机硅改性水性聚氨酯的制备方法。它首先选用侧基含有酮羰基的双羟烃基封端的聚硅氧烷与多异氰酸酯进行反应，将反应型有机硅引入到聚氨酯结构中；然后，采用丙酮法将反应型有机硅改性的聚氨酯预聚体通过自乳化分散到水中。分散结束后，根据反应体系中含酮羰基的物质的量，按酮羰基与双酰肼摩尔比2∶1将双酰肼溶入，搅拌均匀后得到反应型有机硅改性聚氨酯水分散体。合成的聚氨酯分散体储存稳定，在干燥成膜过程中通过聚氨酯分散体中的酮羰基与酰肼在室温下发生反应形成交联结构。与传统水性聚氨酯相比，该反应型有机硅改性水性聚氨酯能够大大提高涂膜的物理和化学性能。
文档编号C08J3/24GK102134387SQ201010606940
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者张萌, 徐玉兰, 王文博, 邬元娟, 陈子雷 申请人:邬元娟