一种羟基功能化水性聚氨酯乳液及其制备方法

技术领域

本发明属于复合乳液技术领域，具体是涉及到一种羟基功能化水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步以及人们环保意识的增强，水性聚氨酯的应用已从涂饰剂逐步扩展到涂料、胶粘剂等领域，其优良的耐水性、耐候性、耐燃性以及耐化学腐蚀等等优点，使其成为水性树脂研究中的重点课题。然而水性聚氨酯在应用中也伴随着例如物理性能差等缺点，以往的生产中通过提高体系异氰酸酯基与羟基(R值)的比例，以增大水性聚氨酯中硬段比重的方法提高胶膜的物理性能，但同时也降低了乳液稳定性，对乳液的储存及运输造成极大不便。

CN106750126A公开了一种无助溶剂水性聚氨酯的制备方法，通过将亲水扩链剂溶于脂肪族脂肪族二元醇，并通过乙二胺进行水相扩链的方法避免了有机溶剂的使用，但所得乳液制成的胶膜拉伸强度最大为32.77MPa，不能适应某些具有高物理性能要求的作业环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种羟基功能化水性聚氨酯乳液及其制备方法，其具有较好的热稳定性，附着力和拉伸强度高。

本发明的内容为一种羟基功能化水性聚氨酯乳液，包括如下组分原料，聚氧化丙烯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、浓硫酸、二羟甲基丙酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、三乙胺、过硫酸钾、六亚甲基二异氰酸酯三聚体，上述组分原料的重量份比例为(25-30):(8-12):(1-3):(1-3):(2-4):(3-5):(10-15):(10-15):(10-15):(1-3):(1-3):(5-10)。

优选的，羟基功能化水性聚氨酯乳液包括如下组分原料，聚氧化丙烯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、浓硫酸、二羟甲基丙酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、三乙胺、过硫酸钾、六亚甲基二异氰酸酯三聚体，上述组分原料的重量份比例为29.5:10:1.3:2:3:4.1:13.3:13.3:12：2.1:1.4:7.1。

本发明提供一种羟基功能化水性聚氨酯乳液的制备方法，步骤为，将聚氧化丙烯二醇在90-120℃减压抽真空，脱除水分，降温至40-50℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，升温至80℃，反应一段时间，加入质量浓度为98％的浓硫酸，反应一段时间，加入二羟甲基丙酸反应一段时间，加入丙烯酸羟乙酯保温，降温至50℃，加入甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和N,N-二甲基甲酰胺，滴加三乙胺，反应一段时间，降温至室温，加入去离子水，得到WPU乳液，将WPU乳液、去离子水和六亚甲基二异氰酸酯三聚体混合，搅拌，在62-58℃下滴加过硫酸钾水溶液，滴加完毕后再77-83℃下保温，得到羟基功能化水性聚氨酯乳液。

过硫酸钾水溶液质量浓度为6-7％。聚氧化丙烯二醇在90-120℃减压抽真空150-200min。加入异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，升温至80℃，反应80-90min。加入质量浓度为98％的浓硫酸，反应7-10min。加入二羟甲基丙酸反应30-50min。加入丙烯酸羟乙酯保温15-20min。在62-58℃下滴加过硫酸钾水溶液3h，滴加完毕后再77-83℃下保温100-120min，得到羟基功能化水性聚氨酯乳液。

本发明的有益效果为，本发明制备得到的羟基功能化水性聚氨酯乳液的热稳定性、附着力和拉伸强度均较好。

具体实施方式

实施例1

将PPG(聚氧化丙烯二醇)加入反应釜中，反应釜具有搅拌和冷凝功能，在90℃-120℃减压抽真空150-200min，脱除水分。随后降温至40-50℃，加入IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)和催化剂DBTDL(二月桂酸二丁基锡)，缓慢升温至80℃反应80-90min。加入浓度98％的浓硫酸反应7-10min，随后，加入DMPA(二羟甲基丙酸)继续反应30-50min。加入HEA(丙烯酸羟乙酯)保温反应15-20min。降温至50℃，加入部分MMA(甲基丙烯酸甲酯)、BA(丙烯酸丁酯)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)单体，滴加TEA(三乙胺)中和反应20-30min。降温至25℃，缓慢加入50g去离子水并快速分散10min，制得WPU乳液。

将上述制备的预聚体乳液190g，去离子水以及单体PIH(六亚甲基二异氰酸酯三聚体)，加入反应釜搅拌混合10-11h，使单体充分溶胀进入预聚体微球中。用20g去离子水溶解KPS(过硫酸钾)，在62-68℃下缓慢滴加3h，然后77-83℃保温100-120min，最终得到羟基功能化水性聚氨酯乳液。

配方(单位g)：PPG：IPDI：DBTDL：浓硫酸：DMPA：HEA：MMA：BA：DMF：TEA：KPS：PIH＝29.5：10：1.3：2：3：4.1：13.3：13.3：12：2.1：1.4：7.1。

对比例1

实施例1和对比例1的区别在于，聚氧化丙烯二醇不就行真空脱水，直接和IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、催化剂DBTDL(二月桂酸二丁基锡)混合，后续步骤不变。

对比例2

实施例1和对比例1的区别在于，将PPG(聚氧化丙烯二醇)加入反应釜中，反应釜具有搅拌和冷凝功能，在90℃-120℃减压抽真空150-200min，脱除水分。随后降温至70℃，加入IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、催化剂DBTDL(二月桂酸二丁基锡)、浓度98％的浓硫酸、DMPA(二羟甲基丙酸)、HEA(丙烯酸羟乙酯)、MMA(甲基丙烯酸甲酯)、BA(丙烯酸丁酯)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)单体，滴加TEA(三乙胺)中和反应20-30min。降温至25℃，缓慢加入50g去离子水并快速分散10min，制得WPU乳液。其他和实施例1相同。

试验例1

(l)PUA胶膜的制备:称取40g的乳液倒入聚四氟乙烯模具中，在室温下自然干燥48h后，置于烘箱中于50℃的条件下干燥4h，于80℃的条件下干燥4h。制备厚度约l mm的PUA胶膜。

(2)胶膜的TG分析:用HCT-1型热天平在Nz流量为25mL/min、升温速率为10℃/min的条件下，在温度25～800℃范围内对胶膜进行热失重分析。

(3)胶膜的拉伸强度和断裂伸长率的测试:根据GBT 1040.3对样品进行测试。每个样品重复测试三次，取平均值。

(4)胶膜的附着力测试:使用切割刀具切割涂膜至底材形成网格形划痕(10×10个网格)，再用胶粘带粘附后撕开，查看涂料的剥落情况，统计剩余面积(即涂膜残留面积在3/4以上的网格数量)，然后对涂膜的附着情况进行评价。

通过上述的数据，可以发现，本发明具有较好的热稳定性，较好的附着力和拉伸强度。