一种水性聚氨酯树脂及其合成方法
【专利摘要】本发明提供了一种水性聚氨酯树脂及其合成方法，该水性聚氨酯树脂主要由聚酯多元醇或聚醚多元醇、固体MDI、二元醇、亲水扩链剂、交联剂、乙酸乙酯、催化剂、胺中和剂、胺扩链剂1-5份、水经聚合、乳化制备而成。本发明反应时间短，反应温度低，工艺比较精简，可以有效节省能源，降低生产成本。采用乙酸乙酯做有机溶剂，代替了毒性大的丙酮，DMF，减少环境污染，降低操作工的安全隐患。所得的水性聚氨酯树脂强度30MPa，延伸率600%，具有强度高，延伸性大的优点。本发明制备的水性聚氨酯树脂具有耐磨性，耐溶剂，耐低温，耐曲折的优异性能。本发明制备的水性聚氨酯树脂具有高固含量，低粘度，稳定性好的特点。
【专利说明】一种水性聚氨酯树脂及其合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料【技术领域】，具体涉及一种水性聚氨酯树脂及其合成方法。【背景技术】
[0002]聚氨酯树脂是一种高功能皮革处理剂，但是皮革厂中用的树脂90%以上含有大量的有机溶剂。聚氨酯树脂在生产使用过程中会造成严重的环境污染，会对现场操作人员造成健康威胁。党的十八大提出把环境保护、节约优先、保护优先、自然发展、低碳发展等作为以后工作重点，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，从源头上扭转生态环境恶化趋势，为人民创造良好生产生活环境，为全球生态安全作出贡献。
[0003]传统的水性聚氨酯树脂生产工艺是将多元醇与异氰酸酯预聚反应2-3小时后加入小分子扩链剂和交联剂进行扩链反应3-4小时，中间过程加入大量的有机溶剂进行粘度的调整，最后加入胺类进行中和。将调整好的聚氨酯聚合物进行水分散得到聚氨酯树脂水乳液。但是传统水性聚氨酯树脂生产工艺比较长，加入的有机溶剂比较多，在生产过程中严重浪费能源，危害现场操作人员的人身健康。中国专利CN1405196A《高性能水性聚氨酯及其制法》所描述的工艺的反应时间达到7.5小时，浪费了大量的能源。中国专利CN1312188C《一种水性聚氨酯乳液的制备方法》所描述的工艺反应时间4小时，反应工艺包括预聚75-80°C反应I小时，65-70°C反应2小时，乳化10分钟，扩链40-45分钟；最后还有消泡过程。该工艺虽然反应时间较传统水性聚氨酯短，但是操作工艺复杂，给实际的工业生产带来了极大的不便。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种水性聚氨酯树脂及其合成方法。
[0005]本发明所述水性聚氨酯树脂`，主要是由以下重量份数的原料制备而成:
聚酯多元醇或聚醚多元醇50-70份、固体MDI 20-30份、二元醇0.3-1.2份、亲水扩链剂1.5-2份、交联剂0.5-1份、乙酸乙酯10-15份、催化剂0.03-0.06份、胺中和剂0.4-1.6份、胺扩链剂1-5份、水100-125份。
[0006]所述的聚醚多元醇为分子量1500-2500，羟值为55-60K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇。
[0007]所述的聚酯多元醇为分子量1500-2500，羟值为55-60K0Hmg/g的聚己二酸型聚酯
多元醇。
[0008]所述的二元醇为1.6-己二醇或1.4- 丁二醇。
[0009]所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。
[0010]本发明所述亲水扩链剂是指含羧基的亲水性的扩链剂，不包括其他仅含羟基、氨基或其他亲水性基团的扩链剂。
[0011]所述的交联剂是三羟甲基丙烷。
[0012]所述的催化剂为辛酸亚锡。[0013]所述的胺中和剂是二甲氨基乙醇。
[0014]所述的胺扩链剂为乙二胺或异佛尔酮二胺。
[0015]所述的水为去离子水。
[0016]异氰酸酯采用固体MDI，固体MDI活性强可以在低温条件下参与反应，达到节省能源的目的。
[0017]乙酸乙酯代替丙酮，DMP, DMF等有机溶剂。乙酸乙酯属于低毒类物质而且挥发性远小于丙酮，毒性远小于DMP，DMF，可以满足国家环保的要求。
[0018]本发明所述水性聚氨酯树脂的制备方法，包括如下步骤:
(1)聚合:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的聚醚多元醇或聚酯多元醇、固体MD1、二元醇、亲水扩链剂、交联剂、催化剂加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度65-75°C，反应1-2小时，加入有机溶剂，反应1-2小时，待反应生成的聚合体中异氰酸基团含量不变时，反应结束；
(2)乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，胺中和剂进行乳化，最后加入胺扩链剂，搅拌5-10分钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
[0019]本发明的有益效果主要体现在以下几个方面:
1.本发明反应时间短，反应温度低，工艺比较精简，可以有效节省能源，降低生产成本。
[0020]2.本发明采用乙酸乙酯做有机溶剂，代替了毒性大的丙酮，DMF，减少环境污染，降低操作工的安全隐患。
[0021]3.本发明所得的水性聚氨酯树脂强度30Mpa，延伸率600%，具有强度高，延伸性大的优点。
[0022]4.本发明制备的水性聚氨酯树脂具有耐磨性，耐溶剂，耐低温，耐曲折的优异性倉泛。
[0023]5.本发明制备的水性聚氨酯树脂具有高固含量，低粘度，稳定性好的特点。
【具体实施方式】
[0024]下面是本发明原材料不同配比用量，同类原料不同下位品种的具体实施例子: 实施例1
配方:
分子量2000，羟值56.6K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇70kg，固体MDI 30kg, 1.6-己二醇1.2kg, 二轻甲基丙酸2kg,三轻甲基丙烧Ikg,乙酸乙酯15kg,辛酸亚锡0.06kg, 二甲氨基乙醇1.6kg,乙二胺5kg,离子水125kg。
[0025]工艺:
1、聚合反应:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的分子量2000，羟值56.6K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇、固体MD1、1.6-己二醇、二轻甲基丙酸、三轻甲基丙烧、辛酸亚锡加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度75°C，反应2小时，加入乙酸乙酯，反应2小时。待反应生成的聚合体中异氰酸根含量不变时，反应结束。
[0026]2、乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，二甲氨基乙醇进行乳化，最后加入乙二胺，搅拌10分钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
[0027]实施例2配方:
分子量2500，羟值56.6KOHmg/g的聚四氢呋喃醚二醇60kg，固体MDI25kg，1.6-己二醇
0.8kg, 二轻甲基丙酸1.7kg,三轻甲基丙烧0.8kg,乙酸乙酯13kg,辛酸亚锡0.05kg, 二甲氨基乙醇Ikg,乙二胺3kg,离子水115kg。
[0028]工艺:
1、聚合反应:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的分子量2500，羟值56.6K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇、固体MD1、1.6-己二醇、二轻甲基丙酸、三轻甲基丙烧、辛酸亚锡加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度70°C，反应1.5小时，加入乙酸乙酯，反应
1.5小时。待反应生成的聚合体中异氰酸根含量不变时，反应结束。
[0029]2、乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，二甲氨基乙醇进行乳化，最后加入乙二胺，搅拌8分钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
[0030]实施例3 配方:
分子量2000，羟值56.6K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇50kg，固体MDI20kg，1.6-己二醇0.3kg, 二轻甲基丙酸1.5kg,三轻甲基丙烧0.5kg,乙酸乙酯IOkg,辛酸亚锡0.03kg, 二甲氨基乙醇0.4kg,乙二胺Ikg,离子水100kg。
[0031]工艺:
1、聚合反应:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的分子量2000，羟值56.6K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇`、固体MD1、1.6-己二醇、二轻甲基丙酸、三轻甲基丙烧、辛酸亚锡加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度75°C，反应2小时，加入乙酸乙酯，反应2小时。待反应生成的聚合体中异氰酸根含量不变时，反应结束。
[0032]2、乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，二甲氨基乙醇进行乳化，最后加入乙二胺，搅拌10分钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
[0033]实施例4 配方:
聚酯多元醇为分子量1500，羟值55.6K0Hmg/g的聚己二酸型聚酯多元醇70kg，固体MDI20kg, 1.4- 丁二醇1.2kg, 二轻甲基丙酸2kg,三轻甲基丙烧Ikg,乙酸乙酯15kg,辛酸亚锡0.06kg, 二甲氨基乙醇1.6kg,异佛尔酮二胺5kg,离子水125kg。
[0034]工艺:
1、聚合反应:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的聚酯多元醇为分子量1500,轻值55.6K0Hmg/g的聚己二酸型聚酯多兀醇、固体MD1、1.4- 丁二醇、二轻甲基丙酸、三羟甲基丙烷、辛酸亚锡加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度75°C，反应2小时，加入乙酸乙酯,反应2小时。待反应生成的聚合体中异氰酸根含量不变时,反应结束。
[0035]2、乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，二甲氨基乙醇进行乳化，最后加入异佛尔酮二胺，搅拌10分钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
[0036]实施例5 配方:
聚酯多元醇为分子量2000，羟值55.6K0Hmg/g的聚己二酸型聚酯多元醇50kg，固体MDI20kg, 1.4- 丁二醇0.3kg, 二轻甲基丙酸1.5kg,三轻甲基丙烧0.5kg,乙酸乙酯IOkg,辛酸亚锡0.03kg，二甲氨基乙醇0.4kg，异佛尔酮二胺1kg，离子水100kg。
[0037]工艺:
1、聚合反应:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的聚酯多元醇为分子量2000，羟值55.6K0Hmg/g的聚己二酸型聚酯多元醇、固体MD1、1.4- 丁二酸、二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷、辛酸亚锡加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度75°C，反应2小时，加入乙酸乙酯,反应2小时。待反应生成的聚合体中异氰酸根含量不变时,反应结束。
[0038]2、乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，二甲氨基乙醇进行乳化，最后加入异佛尔酮二胺，搅拌10分 钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
【权利要求】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，主要是由以下重量份数的原料制备而成: 聚酯多元醇或聚醚多元醇50-70份、固体MDI 20-30份、二元醇0.3-1.2份、亲水扩链剂1.5-2份、交联剂0.5-1份、乙酸乙酯10-15份、催化剂0.03-0.06份、胺中和剂0.4-1.6份、胺扩链剂1-5份、水100-125份。
2.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的聚醚多元醇为分子量1500-2500，羟值为55-60K0Hmg/g的聚四氢呋喃醚二醇。
3.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的聚酯多元醇为分子量1500-2500，羟值为55-60K0Hmg/g的聚己二酸型聚酯多元醇。
4.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的二元醇为1.6-己二醇或1.4-丁二醇。
5.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。
6.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的交联剂是三羟甲基丙烷。
7.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的催化剂为辛酸亚锡。
8.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的胺中和剂是二甲氨基乙醇。
9.如权利要求1所述水性聚氨酯树脂， 其特征在于，所述的胺扩链剂为乙二胺或异佛尔酮二胺。
10.如权利要求1-9任一项所述水性聚氨酯树脂的制备方法其特征在于，包括如下步骤: (1)聚合:在干燥高纯氮气的保护下，依次将真空脱水的聚醚多元醇或聚酯多元醇、固体MD1、二元醇、亲水扩链剂、交联剂、催化剂加入到反应容器中，在机械搅拌下，温度65-75°C，反应1-2小时，加入有机溶剂，反应1-2小时，待反应生成的聚合体中异氰酸基团含量不变时，反应结束； (2)乳化:在得到的聚合体中，高剪切力下加入水，胺中和剂进行乳化，最后加入胺扩链剂，搅拌5-10分钟得到蓝光半透明的水性聚氨酯树脂。
【文档编号】C08G18/42GK103450442SQ201310394202
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】孙海园, 刘杰华, 刘文峰, 闫克辉, 马福兰, 刘娅林, 马金明, 胡新霞, 王金明, 刘晓民 申请人:山东天庆科技发展有限公司