一种水性耐酸碱聚氨酯树脂及其制备方法和应用方法技术

本发明专利技术公开了一种水性耐酸碱聚氨酯树脂及其制备方法和应用方法。水性耐酸碱聚氨酯树脂包括以下组分：多元醇、多异氰酸酯、丙酮、胺类扩链剂、亲水性扩链剂、二元醇扩链剂、催化剂、去离子水、流平剂、增稠剂；亲水性扩链剂由质量比为1:0.6‑0.9:0.3‑0.6的扩链剂、交联剂和羟基硅油组成；扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟基半酯中的一种；交联剂为甘油或三羟甲基丙烷中的一种。其制备方法为：S1、预聚体合成；S2、扩链反应；S3、水分散；S4、粘度调整。本发明专利技术的水性耐酸碱聚氨酯树脂可用于制备合成革和人造革，其具有耐水性、耐酸碱性能和力学性能优良的优点。

A Water-borne Acidic-alkali Resistant Polyurethane Resin and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种水性耐酸碱聚氨酯树脂及其制备方法和应用方法
本专利技术涉及聚氨酯树脂
，更具体地说，它涉及一种水性耐酸碱聚氨酯树脂及其制备方法和应用方法。
技术介绍
聚氨酯(PU)是指主链上含有大量氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的高聚物聚氨基甲酸酯(Polyurethane)的简称。因其表现出优异的物化性能，现已被广泛地应用于合成革、人造革行业，是一种多功能聚合物材料，成为在社会经济发展中不可缺少的一类高分子材料。合成革用聚氨酯树脂分为油性聚氨酯树脂和水性聚氨酯树脂。油性聚氨酯树脂是将高聚物聚氨基甲酸酯溶于二甲基酰胺(DMF)、甲苯等有机溶剂而得到。水性聚氨酯树脂是将高聚物聚氨基甲酸酯分散于水中而制得。在目前的合成革企业中，95％以上还是使用油性聚氨酯树脂制作人造革、合成革，只有不到5％的企业在小规模的使用水性聚氨酯树脂制造合成革。现行的水性聚氨酯的制备方法是将低聚物多元醇和二异氰酸酯在一定温度下反应制得聚氨酯预聚体；然后加入小分子扩链剂进行扩链反应；再加入亲水性扩链剂使预聚体变成亲水性预聚体；再用成盐试剂进行中和反应，使聚氨酯预聚体具有离子性；将该具有离子性的聚氨酯预聚体加水分散乳化；再加入小分子扩链剂进行水中后扩链反应，制得水性聚氨酯分散液。一方面由于水性聚氨酯本身含有亲水基团，导致它的耐水性差，另一方面水性聚氨酯的耐酸碱和力学性能与溶剂型聚氨酯仍存在一定的差距，因此研制出一种耐水性、耐酸碱性和力学性能优良的水溶性聚氨酯树脂是需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种水性耐酸碱聚氨酯树脂，其具有耐水性、耐酸碱性能和力学性能优良的优点。本专利技术的第二个目的在于提供一种水性耐酸碱聚氨酯树脂的制备方法，其具有操作简单，生产工艺安全环保的优点。本专利技术的第三个目的在于提供一种水性耐酸碱聚氨酯树脂的应用方法，其具有操作简单，生产工艺安全环保，且能够吸附皮革异味的优点。为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种水性耐酸碱聚氨酯树脂，包括以下重量份的组分：25-30份多元醇、13-19份多异氰酸酯、40-50份丙酮、2-5份胺类扩链剂、1.5-2.0份亲水性扩链剂、14-18份二元醇扩链剂、0.5-0.8份催化剂、70-100份去离子水；所述亲水性扩链剂由质量比为1:0.6-0.9:0.3-0.6的扩链剂、交联剂和羟基硅油组成；所述扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟基半酯中的一种；所述交联剂为甘油或三羟甲基丙烷中的一种。通过采用上述技术方案，由于合成中使用多元醇和多异氰酸酯进行聚合反应得到预聚体，制备原理为：多异氰酸酯和大分子多元醇反应生成聚氨酯预聚体，再和亲水扩链剂反应，生成含有亲水基团链节的预聚体，用丙酮与其反应，亲水基团转变成相应的盐离子，亲水度更好；再高速分散，亲水基团离子将聚氨酯大分子包裹起来，分散在水中，形成乳液的形式，胺类扩链试剂具有较高的活性，加入到形成的乳液中后扩散到乳液胶粒中，进一步与聚氨酯端位的异氰酸酯基团反应，分子量进一步增大，最后脱除稀释剂后可制得水性聚氨酯树脂。催化剂能够促进反应完全进行，尤其在反应温度低和多异氰酸酯含量较低的情况下，加速反应完全进行，采用亲水性扩链剂提供树脂分子的亲水基团，进行扩链反应，使得水性结构更稳定，以二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟基半酯中的一种作为亲水性扩链剂的主要成分，添加的甘油或三羟甲基丙烷和羟基硅油，带有活性端基的聚硅氧烷与预聚体通过加成聚合和扩链反应制得有机硅改性聚氨酯共聚物，克服了有机硅氧烷和聚氨酯相容性很差的问题，通过有机硅改性的水性聚氨酯树脂，使得单一预聚体在耐酸钾、耐高温性等方面得到提升，耐候性较佳，机械性能良好。进一步地，所述多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种的组合物。进一步地，所述多异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的组合物。进一步地，所述胺类扩链剂为乙二胺、三乙烯四胺、2-甲基-1，5-戊二胺、异佛尔酮二胺、己二胺、1，3-丁二胺、二乙烯三胺中的一种。进一步地，所述二元醇扩链剂为1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇中的一种。进一步地，所述催化剂为辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡中的一种。为实现上述第二个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种水性耐酸碱聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：S1、预聚体合成：将多元醇和多异氰酸酯加入反应釜中，加入催化剂、二元醇扩链剂和2/3的胺类扩链剂，在真空条件下，控制反应温度为108-112℃，反应1-2h，降温至80-85℃，反应2-3h，制得预聚体；S2、扩链反应：向预聚体中加入亲水扩链剂，在65-85℃下反应3-4h，降温至25-45℃，加入丙酮稀释，至NCO值降至1.2-2.2％(重量)，制得有机硅改性聚氨酯预聚体；S3、水分散：调节反应釜温度为0-20℃，加入去离子水，在转速为1400-1800r/min的转速下，分散30-40min，然后加入剩余量的胺类扩链剂，并在50-60℃、-0.04至-0.08MPa的条件下减压蒸馏4-5h，制得水性聚氨酯乳液；S4、粘度调整：向水性聚氨酯乳液中加入增稠剂和流平剂，调整粘度为2000-4000cps/20℃。通过采用上述技术方案，将多元醇和多异氰酸酯在108-112舒适℃反应1-2小时，适当延长反应时间，使多异氰酸酯的NCO基团充分和多元醇、亲水性扩链剂中的活泼氢反应，减少乳化时与水发生反应的NCO基团的量，蝴蝶分子量较大的水性聚氨酯；将有机硅改性聚氨酯预聚体与水进行高速搅拌，分散乳化，并在NCO值降至1.2-2.2％(重量)之前加入亲水性扩链剂，并降低温度，有利于降低NCO基团与水的反应活性，使NCO基团与胺类扩链剂更好的发生后扩链反应，且由于胺类扩链剂带有活泼氢，在高温下与NCO基团反应活性高，反应剧烈，在低温下有利于控制反应；延长减压蒸馏时间，有利于NCO基团与胺类扩链剂充分反应，减少乳液中游离态异氰酸根的量，从而提高聚氨酯乳液的稳定性。为实现上述第三个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种水性耐酸碱聚氨酯树脂在合成革和人造革行业的应用方法。进一步地，具体包括以下步骤：(1)在经过基布处理并经烫平辊烫平的基布上，采用刮涂法涂覆水性耐酸碱聚氨酯树脂内层浆料，涂覆量为300-600g/m2，在120-150℃，线速为3-5m/min的条件下烘干，得到水性聚氨酯合成革贝斯；所述水性耐酸碱聚氨酯树脂内层浆料由以下方法制备而成：向反应釜中加入60-70份水性耐酸碱聚氨酯树脂，边搅拌边加入0.1-0.8份分散剂、5-10份聚丙烯粉和1-10份滑石粉，在1000-1300r/min的条件下搅拌分散30-40min，加入1-3份增稠剂、5-10份碳纤维和1-3份稳泡剂，在600-1000r/min的条件下搅拌5-10min，制得水性耐酸碱聚氨酯树脂内层浆料；(2)再在水性聚氨酯合成革贝斯上采用刮涂法涂覆水性耐酸碱聚氨酯树脂表层浆料，涂覆量为30-50g/m2，在150-180℃的条件下干燥，用压光辊平整处理，再依次经过剪裁、检验和收卷工艺，制得合成革或人造革；水性耐酸碱聚氨酯树脂表层浆料由以下方法制成：取80-100份水性耐酸碱聚氨酯树本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，包括以下重量份的组分：25‑30份多元醇、13‑19份多异氰酸酯、40‑50份丙酮、2‑5份胺类扩链剂、1.5‑2.0份亲水性扩链剂、14‑18份二元醇扩链剂、0.5‑0.8份催化剂、70‑100份去离子水；所述亲水性扩链剂由质量比为1:0.6‑0.9:0.3‑0.6的扩链剂、交联剂和羟基硅油组成；所述扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟基半酯中的一种；所述交联剂为甘油或三羟甲基丙烷中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，包括以下重量份的组分：25-30份多元醇、13-19份多异氰酸酯、40-50份丙酮、2-5份胺类扩链剂、1.5-2.0份亲水性扩链剂、14-18份二元醇扩链剂、0.5-0.8份催化剂、70-100份去离子水；所述亲水性扩链剂由质量比为1:0.6-0.9:0.3-0.6的扩链剂、交联剂和羟基硅油组成；所述扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟基半酯中的一种；所述交联剂为甘油或三羟甲基丙烷中的一种。2.根据权利要求1所述的水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，所述多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种的组合物。3.根据权利要求1所述的水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，所述多异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的组合物。4.根据权利要求1所述的水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，所述胺类扩链剂为乙二胺、三乙烯四胺、2-甲基-1，5-戊二胺、异佛尔酮二胺、己二胺、1，3-丁二胺、二乙烯三胺中的一种。5.根据权利要求1所述的水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，所述二元醇扩链剂为1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇中的一种。6.根据权利要求1所述的水性耐酸碱聚氨酯树脂，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡中的一种。7.一种根据权利要求1-6任一项所述的水性耐酸碱聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、预聚体合成：将多元醇和多异氰酸酯加入反应釜中，加入催化剂、二元醇扩链剂和2/3的胺类扩链剂，在真空条件下，控制反应温度为108-112℃，反应1-2h，降温至80-85℃，反应2-3h，制得预聚体；S2、扩链反应：向预聚体中加入亲水扩链剂，在65-85℃下反应3-4h，降温至25-45℃，加入丙酮稀释，至NCO值降至1.2-2.2%（重量），制得有机硅改性聚氨酯预聚体；S3、水分散：调节反应釜温度为0-20℃，加入去离子水，在转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁明友，
申请(专利权)人：浙江诚迅新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33