一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法

1.一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将聚合物二元醇放入真空干燥箱中，在100～120℃的温度下，进行真空干燥1
～4h；
步骤二：将步骤一中干燥后的聚合物二元醇倒入三口烧瓶中并添加二异氰酸酯，进行
水浴加热搅拌，设置反应体系的水浴温度为70～85℃，搅拌的时间为2～3h；
步骤三：将反应体系的水浴温度降低至60～70℃，向步骤二所得的反应溶液中加入2,
2‑二羟甲基丁酸，搅拌1.5～2.5h；
步骤四：将反应体系的水浴温度降低至45～55℃，向步骤三所得的反应溶液中加入中
和剂，搅拌20～45min；
步骤五：将反应体系的水浴温度降低至25～30℃，向步骤四所得的反应溶液中加入去
离子水，高速搅拌30～60min，得到无溶剂型水性聚氨酯；
所述步骤一中，所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯、聚碳酸酯二醇、聚
己二酸乙二醇的一种或几种的混合物，聚合物二元醇的分子量为1000；
所述步骤二中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷
二异氰酸酯或多亚甲基多苯基异氰酸酯；
所述步骤二、三、四中，搅拌的转速为200   400 r/min；
~
所述步骤五中，搅拌的转速为700   1200 r/min；
~
聚合物二元醇：二异氰酸酯：2, 2‑二羟甲基丁酸：中和剂：去离子水的质量比为23   
~
38：10   26：1.5   4.0：0.6   2.2：100   140。
~ ~ ~ ~
2.根据权利要求1所述的一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备方法，其特征
在于，
所述步骤四中，中和剂为氢氧化钠、氨水或者三乙胺。
3.如权利要求1或2任一项所述的制备方法制备得到的高抗张强度的无溶剂型水性聚
氨酯。

一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于水性聚氨酯制备工艺技术领域，具体涉及一种高抗张强度的无溶剂型\n水性聚氨酯及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 水性聚氨酯以水作为分散介质，是一种绿色环保、无毒无害的高分子材料。具有耐\n磨性好、加工性好、性能可调、低温柔顺等特点，满足了人们生活中方方面面的性能需求，现\n已广泛应用于皮革、涂料、纺织、橡胶和医用材料等领域。\n[0003] 在现有的水性聚氨酯的合成方法中，为了调节预聚体分散阶段的粘度，都会或多\n或少的使用有机溶剂。虽然体系中的有机溶剂可以提高乳液的干燥速率并改善其成膜性\n能，但是有机溶剂的存在不仅会增加生产成本而且会造成环境污染等问题，不利于水性聚\n氨酯的推广应用。因此，尽量减少有机溶剂的用量并最终达到无溶剂化，是目前水性聚氨酯\n研究的主要方向之一。\n[0004] 但是无溶剂型水性聚氨酯的力学性能较差，需要提高其硬段含量以提高其力学性\n能。一般来说，在满足固化的前提下，扩链剂用量越多，相应的二异氰酸酯用量也越多，聚氨\n酯的硬段含量高，由此可以得到高强度的材料。但是这无疑会增加生产成本，因而探索出一\n种绿色环保、成本低廉且具有高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备工艺是当前水性聚\n氨酯研究所面临的一个重要问题。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法，解\n决了现有的水性聚氨酯存在环境污染及力学性能较差等问题。\n[0006] 本发明的技术方案如下：\n[0007] 一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：\n[0008] 步骤一：将聚合物二元醇放入真空干燥箱中，在100～120℃的温度下，进行真空干\n燥1～4h；\n[0009] 优选地，聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯、聚碳酸酯二醇、聚己二酸\n乙二醇的一种或几种的混合物，聚合物二元醇的分子量为1000。\n[0010] 步骤二：将步骤一中干燥后的聚合物二元醇倒入三口烧瓶中并添加二异氰酸酯，\n进行水浴加热搅拌，设置反应体系的水浴温度为70～85℃，搅拌的时间为2～3h；\n[0011] 优选地，二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰\n酸酯或多亚甲基多苯基异氰酸酯。\n[0012] 步骤三：将反应体系的水浴温度降低至60～70℃，向步骤二所得的反应溶液中加\n入2,2‑二羟甲基丁酸，搅拌1.5～2.5h；\n[0013] 步骤四：将反应体系的水浴温度降低至45～55℃，向步骤三所得的反应溶液中加\n入中和剂，搅拌20～45min；\n[0014] 优选地，中和剂为氢氧化钠、氨水或三乙胺。\n[0015] 步骤五：将反应体系的水浴温度降低至25～30℃，向步骤四所得的反应溶液中加\n入去离子水，高速搅拌30～60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0016] 优选地，步骤二、三、四中，搅拌的转速为200   400 r/min；步骤五中，搅拌的转速\n~\n为700   1200 r/min。\n~\n[0017] 优选地，聚合物二元醇：二异氰酸酯：2, 2‑二羟甲基丁酸：中和剂：去离子水的质\n量比为23   38：10   26：1.5   4.0：0.6   2.2：100   140。\n~ ~ ~ ~ ~\n[0018] 本发明所公开的一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法，与现有技\n术相比，有益效果为：\n[0019] （1）本发明提供高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯及其制备方法，在制备过程中\n完全不添加有机溶剂，有机残留物为零；\n[0020] （2）本发明所用的制备方法制备得到的水性聚氨酯材料，抗张强度较现有水性聚\n氨酯明显提高，该水性聚氨酯材料约为市面现有水性聚氨酯的2～3倍；\n[0021] （3）本发明所提供的制备方法的生产成本较低，即在满足材料性能要求的前提下，\n不需要使用扩链剂（如：1, 4‑丁二醇、乙二醇、乙醇胺等），降低了生产成本；\n[0022] （4）本发明所提供的制备方法为绿色合成方法，操作简单、合成成本低廉且产物具\n有较高的力学性能。\n具体实施方式\n[0023] 下面通过实施例进一步描述本发明的特征，但本发明的范围并不局限于下述实施\n例。在阅读了本发明陈述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作出改动和修改，这些\n等价形式同样落于本申请所附权利要求书限定的范围。\n[0024] 一种高抗张强度的无溶剂型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：\n[0025] 步骤一：将聚合物二元醇放入真空干燥箱中，在100～120℃的温度下，进行真空干\n燥1～4h；\n[0026] 步骤二：将步骤一中干燥后的聚合物二元醇倒入三口烧瓶中并添加二异氰酸酯，\n进行水浴加热搅拌，设置反应体系的水浴温度为70～85℃，搅拌的时间为2～3h；\n[0027] 步骤三：将反应体系的水浴温度降低至60～70℃，向步骤二所得的反应溶液中加\n入2,2‑二羟甲基丁酸，搅拌1.5～2.5h；\n[0028] 步骤四：将反应体系的水浴温度降低至45～55℃，向步骤三所得的反应溶液中加\n入中和剂，搅拌20～45min；\n[0029] 步骤五：将反应体系的水浴温度降低至25～30℃，向步骤四所得的反应溶液中加\n入去离子水，高速搅拌30～60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0030] 进一步的，所述步骤一中，所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯、聚\n碳酸酯二醇、聚己二酸乙二醇的一种或几种的混合物，聚合物二元醇的分子量为1000。\n[0031] 进一步的，所述步骤二中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸\n酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基异氰酸酯。\n[0032] 进一步的，所述步骤四中，中和剂为氢氧化钠、氨水或者三乙胺。\n[0033] 进一步的，所述步骤二、三、四中，搅拌的转速为200   400 r/min；步骤五中，搅拌\n~\n的转速为700   1200 r/min。\n~\n[0034] 进一步的，聚合物二元醇：二异氰酸酯：2, 2‑二羟甲基丁酸：中和剂：去离子水的\n质量比为23 38：10 26：1.5 4.0：0.6 2.2：100 140。\n~ ~ ~ ~ ~\n[0035] 实施例1\n[0036] 首先，取23g聚四氢呋喃醚二醇置于真空干燥箱中，在120℃的温度下进行真空干\n燥1 h，倒入三口烧瓶中并添加10g甲苯二异氰酸酯进行水浴加热搅拌，设置水浴温度为70\n℃，以400r/min的转速搅拌3h；接着，将水浴温度降低至60℃，加入1.5g的2，2‑二羟甲基丁\n酸，以400r/min的转速搅拌2.5h；再将水浴温度降低至45℃，加入0.6g氨水，以400r/min的\n转速搅拌45min；再将水浴温度降低至25℃，加入100 g去离子水，以1200 r/min的转速高速\n搅拌30 min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0037] 实施例2\n[0038] 首先，取38g聚四氢呋喃醚二醇置于真空干燥箱中，在100℃的温度下进行真空干\n燥4h，倒入三口烧瓶中并添加26g二苯基甲烷二异氰酸酯进行水浴加热搅拌，设置水浴温度\n为85℃，以200r/min的转速搅拌2h；接着，将水浴温度降至70℃，向反应溶液中加入4.0 g \n2, 2‑二羟甲基丁酸，以200r/min的转速搅拌1.5h；再将水浴温度降低至55℃，向反应溶液\n中加入2.2g三乙胺，以200r/min的转速搅拌20min；最后，再将水浴温度降低至30℃，向反应\n溶液加入140 g去离子水，以700r/min的转速高速搅拌60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0039] 实施例3\n[0040] 首先，取33g聚四氢呋喃醚二醇置于真空干燥箱中，在110℃的温度下进行真空干\n燥3h，倒入三口烧瓶中并添加16g异佛尔酮二异氰酸酯进行水浴加热搅拌，设置水浴温度为\n75℃，以300 r/min的转速搅拌2.5h；接着，将水浴温度降低至65℃，向反应溶液中加入2.3g\n的2,2‑二羟甲基丁酸，以300r/min的转速搅拌2h；再将水浴温度降温至50℃，向反应溶液中\n加入1.5g三乙胺，以300r/min的转速搅拌30min；最后，再将水浴温度降低至30℃，向反应溶\n液中加入125g去离子水，以1000r/min的转速高速搅拌60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0041] 实施例4\n[0042] 首先，取30g聚己内酯置于真空干燥箱中，在110℃的温度下进行真空干燥2h，倒入\n三口烧瓶中并添加15g异佛尔酮二异氰酸酯进行水浴加热搅拌，设置水浴温度为75℃，以\n300r/min的转速搅拌2.5 h；接着，将水浴温度降低至65℃，向反应溶液中加入2.5g的2,2‑\n二羟甲基丁酸，以300r/min的转速搅拌2h；再将水浴温度降温至50 ℃，向反应溶液中加入\n0.7g氢氧化钠，以300r/min的转速搅拌30 min；最后，再将水浴温度降低至30℃，向反应溶\n液中加入120g去离子水，以1000r/min的转速高速搅拌60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0043] 实施例5\n[0044] 首先，将34g聚己内酯置于真空干燥箱中，在110℃真空干燥2h后，倒入三口烧瓶中\n并添加19g二苯基甲烷二异氰酸酯，设置水浴温度为80℃，以300r/min的转速搅拌2.5h；接\n着，将水浴温度降低至65℃，向反应溶液中加入2.7g的2,2‑二羟甲基丁酸，以300r/min的转\n速搅拌2h；再将水浴温度降低至50℃，向反应溶液中加入1.8 g三乙胺，以300r/min的转速\n搅拌30min；最后，再将水浴温度降低至30℃，向反应溶液中加入130g去离子水，以1000r/\nmin的转速高速搅拌60min，得到无溶剂型水性聚氨酯。\n[0045] 为了测试本发明所述的制备方法制备所得到的无溶剂型水性聚氨酯，本发明人对\n实施例1‑5制备所得到的产物进行力学性能测试，实施例中材料的抗张强度和断裂伸长率\n采用高特威尔（东莞）有限公司AI‑7000‑NGD型伺服材料多功能高低温控制试验机进行测\n定，测试结果如表1所示。从表1可以看出，本发明所制备的无溶剂型水性聚氨酯，抗张强度\n均在40MPa以上，相比现有的水性聚氨酯提高了1 2倍。\n~\n[0046] 表1 本发明所制备的水性聚氨酯的力学性能测试结果对比表\n[0047] 实施项目 抗张强度(MPa) 断裂伸长率(%)\n实施例1 40.309 531.31\n实施例2 43.442 577.297\n实施例3 44.814 580.746\n实施例4 42.678 591.657\n实施例5 40.008 566.704