[发明专利]一种水性聚氨酯及其制造方法

说明书

本发明提供一种水性聚氨酯及其制造方法，水性聚氨酯的制造方法包括：提供一聚氨酯预聚物，基于所述聚氨酯预聚物的反应原料总重量为100wt％，加入10～30wt％的压克力单体稀释所述聚氨酯预聚物，再加入起始剂制得压克力接枝改质的所述水性聚氨酯，所述压克力单体为下列六种单体的任意组合：丙烯酸‑2‑羟乙酯(2‑HEA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)。

技术领域

本发明涉及一种压克力接枝改质水性聚氨酯及其制造方法，特别是涉及一种高耐热高耐刮水性聚氨酯及其制造方法。

背景技术

聚胺酯(Polyurethane，缩写为PU)为主链中含有氨基甲酸酯单元的聚合物，是具有良好加工物性的高分子材料，广泛使用在各种领域上。例如，应用于纤维加工改善手感、纺织品加工改善柔软性、防缩性及抗静电特性，以及作为高分子材料、陶瓷材料与金属材料表面或两异质材料界面上的黏合剂等方面。

在生产聚氨酯的制程中，需要使用大量有机溶剂，导致聚氨酯产品含有挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)的问题。近年来，在环保意识备受关注的情况下，水性聚氨酯(Depurate Polyurethane，DPU)已经逐渐地取代溶剂型聚氨脂，并且广泛应用于纺织品的涂布加工、皮革加工、接着剂、密封剂和塑料成型等多元用途。

然而，水性聚氨酯在应用上仍有其缺点，例如增稠性较差、制成胶膜产品的耐水性和光泽度不佳、且膜面有易沾黏等问题，即使通过使用复合材料或分子设计来改善其特性，但是在分散性方面仍面临考验。

聚胺酯本身属于油性，不易安定地均匀分散于水中。而聚胺酯水性化的方法，通常有外部乳化法及内部乳化法。所谓外部乳化法是额外添加乳化剂或界面活性剂，降低聚胺酯与水的表面张力，以促使聚氨酯能够均匀分散在水中。而所谓内部乳化法，是在合成聚胺酯的过程中，选择具有亲水性的反应性单体或于主要结构内导入离子性基团，使其能分散于水中，所以水性聚胺酯依据导入的基团分为阳离子型、阴离子型及非离子型三种。

水性聚氨酯(PU)的合成方法，目前是使用丙酮法(acetone process)，以丙酮为溶剂。此制法，是以聚醚或聚酯多元醇与异氰酸酯反应，合成末端为NCO官能基的高粘度预聚物，反应到NCO含量达到理论值后，加入亲水性扩链剂以及与水兼容的低沸点溶剂(如丙酮、丁酮或四氢呋喃等)，完成后，将预聚物分散于水，可制得通过水成为连续相且均匀分散的水性聚氨酯，最后(如丙酮等)溶剂再以蒸馏方法分离回收利用。此制法的合成再现性高，但是需投资溶剂蒸馏纯化及回收设备，溶剂耗量大，危害人类健康与环境的污染，且溶剂蒸馏后残留仍多，无法达到真正水性化的要求。

所述水性聚氨酯的亲水性扩链剂，可以选自2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)或2,2-二羟甲基丁酸(DMBA)等羧酸盐，且需搭配中和剂三乙基胺(TEA)使用；但TEA为有毒化合物，且气味刺激，不符合水性聚氨酯产品要求低气味的标准。

所述水性聚氨酯的亲水性扩链剂，也可选自乙二胺基乙磺酸钠(AAS)或3,5-二胺基苯磺酸钠(DABS)等磺酸盐，其亲水性强于羧酸盐，且具有较高离子化强度，因此可降低亲水性扩链剂的用量，尤其是磺酸盐呈电中性，无须加胺类物质中和即可制备高稳定性的水性聚氨酯。

发明内容