本发明专利技术公开了一种力学性能优异的防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料及其制备方法，该材料是由乙二胺水溶液对碱中和后的水性聚氨酯预聚体丁酮混合物进行乳化扩链，经消泡蒸除丁酮后得到，水性聚氨酯预聚体是由以下质量百分比的各组分制成：以水性聚氨酯预聚体的总质量计，加入预聚体总质量30～40wt％的二异氰酸酯、50～60wt％的聚合物二元醇、3.8～5.8wt％的亲水扩链剂二羟甲基丁酸、0.5～6.0wt％的小分子二元醇、0.01～0.03wt％的有机金属锡催化剂。优化涂层材料的分子结构和软段与硬段的微相分离程度，涂层后织物的透湿量和耐水压符合市场涤纶织物的涂层整理要求；力学性能优异，其中抗张强度超过800Kg/cm2，断裂伸长率大于1700％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种力学性能优异的防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料及其制备方 法，尤其是调整原料的种类和比例，探索软段与硬段的最佳微相分离程度，制备力学性能优 异的水性聚氨酯织物涂层材料，用于防水透湿织物涂层剂的制备。
技术介绍
目前，聚氨酯在涂料、胶黏剂、合成革原料液等仍以溶剂型为主。有机溶剂气味 大、易燃易爆、易挥发、使用时会造成空气污染进而危害人体健康。水性聚氨酯是以水为分 散介质的二元胶体体系，除具有溶剂型聚氨酯优异性能外，还具有无毒、不易燃烧、无污染 等优点。随着环境法规的完善和人们环保意识的增强，水性聚氨酯越来越受到人们的重 视，开发并应用水性聚氨酯将成为聚氨酯行业的一个重要发展方向。当人体出汗严重时， 体内的汗液和热量若不能及时排出，将使人产生不舒适的感觉。防水透气薄膜和涂层，可 以保护人体免受外界热，水，和许多有害物质的侵害，并在同一时间也允许水蒸气从内部有 效传输到外界环境中。水性聚氨酯具有亲水性机制所必须的极性基团，如嵌段共聚物中 的-〇-、-CO-、-OH或-NH 2，以这些基团作为水分子的阶石，水分子因氢键和其他分子间力在 高湿度一侧吸附水分子，通过大分子键的热运动，由亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成 "吸附-扩散-解吸"过程，达到透气目的。 但是由于介质水的表面张力太大且热焓高，使得水性聚氨酯成膜过程中表面铺 展较差、干燥时间长，与溶剂型聚氨酯相比，力学性能较差。丙酮法是德国Bayer公司 Dieterich研宄成功的。这种方法首先是用聚醚或聚醋多元醇与二异氰酸醋反应，制备端基 为-NCO的高粘度预聚物，加人适量低沸点的溶剂（丙酮、丁酮或四氢呋喃）以降低粘度，然 后引人亲水基团扩链，再加溶剂降低粘度，在高速搅拌下加水乳化，反应结束后减压蒸馏除 去溶剂得到聚氨酯乳液。这种方法的优点是工艺简单，反应易于控制、重复性好、乳液粒径 范围大、生产质量好，广泛应用于工业生产。尽管已有专利通过优化合成工艺和原料配方， 探索水性聚氨酯材料的力学性能，但是力学性能的改善却不尽如意。中国专利CN1511880A 公开了一种阳离子水性聚氨酯分散液及其制备方法，该分散液是采用端氨基的树状或超支 化高分子交联阳离子水性聚氨酯预聚物，同时提高了水性聚氨酯材料的拉伸强度和断裂伸 长率。本专利技术通过调整合成工艺和聚醚与聚酯多醇的最佳比例，制备的水性聚氨酯织物涂 层材料力学性能可以与溶剂型聚氨酯织物涂层材料媲美，其防水和透湿性能适用于织物涂 层剂。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的任务是针对上述缺陷，优化一种防水透湿水性聚氨酯织物涂 层材料及其制备方法，确定最佳拉伸强度和断裂伸长率的水性聚氨酯织物涂层材料的配方 设计，用于防水透湿织物涂层剂的制备。 技术方案：本专利技术的一种防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料由乙二胺水溶液对 碱中和后的水性聚氨酯预聚体丁酮混合物进行乳化扩链，并经聚醚改性聚二甲基硅氧烷 消泡后得到，水性聚氨酯预聚体是由以下质量百分比的各组分制成：以水性聚氨酯预聚体 的总质量计，加入预聚体总质量30~40wt %的二异氰酸醋、50~60wt %的聚合物二元 醇、3. 8~5. 8wt %的亲水扩链剂二轻甲基丁酸、0· 5~6. Owt %的小分子二元醇、0· 01~ 0. 03wt %的有机金属锡催化剂。 本专利技术包括以下几个步骤： 室温、N2气氛下，以水性聚氨酯预聚体的总质量计，将预聚体总质量50~60wt% 的聚合物二元醇加入反应釜中，升温至105~120°C左右，真空脱水1~3h，然后降温至 40~55°C，加入预聚体总质量30~40wt%的二异氰酸醋、3. 8~5. 8wt%的二轻甲基丁酸、 0. 5~6. Owt%的小分子二元醇，搅拌，加入水性聚氨酯预聚体总质量30~40wt%的丁酮， 均匀搅拌〇. 5~lh，升温至60~75°C，反应1. 5~2h，加入0. 01~0. 03wt %有机金属锡催 化剂，预聚反应4~6h，降温至15~30°C，再加入水性聚氨醋预聚体总质量10~20wt%的 丁酮，搅拌，按碱与所加二羟甲基丁酸的摩尔比为〇. 9~1:1加入碱，进行中和反应0. 2~ 0. 5h，得水性聚氨酯预聚体丁酮混合物，加入水性聚氨酯预聚体总质量100~400wt%的浓 度为0. 05~0. lmol/L乙二胺水溶液，搅拌，乳化扩链0. 2~0. 5h，升温至35~40°C保温 4~6h，加入水性聚氨酯预聚体总质量0. 01~0. 02wt%的聚醚改性聚二甲基硅氧烷进行消 泡，减压蒸除丁酮，得力学性能优异的防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料。 上述制备方法中所述的水性聚氨酯预聚体丁酮混合物是由水性聚氨酯预聚体和 丁酮组成，其中混合物中丁酮的含量以水性聚氨酯预聚体的总质量计；聚合物二元醇为分 子量为1000~3000的聚四氢呋喃醚、己二酸乙二醇酯、己二酸丁二醇酯或己二酸己二醇酯 的一种或者多种的组合；二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一 种；小分子二醇为乙二醇、丙二醇、新戊二醇、1，4-丁二醇，1，6-己二醇或一缩二乙二醇的 一种或者多种的组合；有机锡金属催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡的一种或两者的 组合；碱为氨水、氢氧化钾或三乙胺的一种，以三乙胺为中和剂性能最优；中和反应过程中 碱的中和度为90~100% ;乙二胺扩链程度为60% ;乳化搅拌速度为2000~3000r/min。 性能测试：将本专利技术的力学性能优异的防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料，加入 0. 4wt%增稠剂和0. 2wt%润湿剂制得防水透湿水性聚氨酯织物涂层剂，将该涂层剂采用干 法整理到涤纶织物上，按照《GB/T 12704. 1-2009纺织品织物透湿性试验方法第1部分：吸 湿法》和《GB/T 4744-1997纺织织物抗渗水性测定耐水压试验》测定涂层织物的透湿性能 和耐水性能。将本专利技术的力学性能优异的防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料，加润湿剂和 增稠剂处理，在离型纸上刮涂成膜，烘干待测力学性能。用刀片将膜样品制成IOmmX 70mm 的细长条，然后用螺旋测微器在每个样品上取5个点测定厚度，取平均值。样品在恒温恒湿 条件下（T = 22. 5°C，RH = 42. 1% )保持24小时，GT-AI-7000S高铁拉力机测定胶膜的模 量、拉伸强度和断裂伸长率，样品夹持长度为50mm，拉伸速度为200mm/min。 本专利技术制备的水性聚氨酯织物涂层材料，具有硬度高，耐水性好，耐黄变等优点， 尤其是最佳配方比例，拉伸强度和断裂伸长率优异，透湿量和耐水压符合防水透气织物涂 层剂的要求，还可以应用于皮革涂饰，建筑涂料等领域。 有益效果：本专利技术提供了力学性能优异的防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料及其 制备方法，与现有技术相比，具有以下特点： (1)本专利技术首先采用一步法制备水性聚氨酯预聚体丁酮混合物，乳化扩链后制备 的织物涂层材料的透湿量和耐水压符合市场涤纶织物的涂层整理要求，力学性能可以与溶 剂型聚氨酯织物涂层材料媲美，操作简单，便于工业化生产。 (2)本专利技术一方面选择疏水性好、结构规整的己二酸系列聚酯二元醇，提高水性聚 氨酯织物涂层材料的防水性能；另一方面，采用聚四氢呋喃醚二醇与聚酯二元醇作为混合 软段本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种防水透湿水性聚氨酯织物涂层材料，其特征在于该材料是由乙二胺水溶液对碱中和后的水性聚氨酯预聚体丁酮混合物进行乳化扩链，并经聚醚改性聚二甲基硅氧烷消泡后得到，水性聚氨酯预聚体是由以下质量百分比的各组分制成：以水性聚氨酯预聚体的总质量计，加入预聚体总质量30～40wt％的二异氰酸酯、50～60wt％的聚合物二元醇、3.8～5.8wt％的亲水扩链剂二羟甲基丁酸、0.5～6.0wt％的小分子二元醇、0.01～0.03wt％的有机金属锡催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周钰明，王海云，何曼，戴淄岳，吕华波，江平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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