CN101613451B

CN101613451B - 高含量水性聚氨酯乳液及制备方法

Info

Publication number: CN101613451B
Application number: CN2009100129524A
Authority: CN
Inventors: 严欣宁; 唐丽; 杨文堂; 荣星; 樊丽君; 刘杰; 沈德全; 赵瑞佳
Original assignee: Liaoning Hengxing Fine Chemical (Group) Co Ltd
Current assignee: Tancheng Huachen Coatings Co ltd
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2029-08-05
Also published as: CN101613451A

Abstract

本发明高含量水性聚氨酯乳液及制备方法，采用(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐、(C)线性双羟烷基硅氧烷、(D)二聚酸聚酯二元醇、(E)2-甲基-2，4戊二醇、(F)1，3环己二醇、(G)扩链剂、(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7、(J)去离子水，经预聚反应、扩链反应、乳化反应工艺制成。其生产成本低，固含量高达到55％，耐水压好，牢度、耐磨、耐洗性好，水性环保。

Description

高含量水性聚氨酯乳液及制备方法

技术领域

本发明涉及一种纺织品涂层用水性聚氨酯乳液及制备方法，特别是涉及一种耐水压性好的高含量水性聚氨酯乳液及制备方法。

背景技术

随着社会的发展，环保越来越受到人们的重视，水性产品对环境无污染、对人体无伤害，所以水性聚氨酯代替溶剂型聚氨酯已成为必然趋势。

目前一般的水性聚氨酯乳液含固量是在20-35％之间。能用于纺织品涂层的水性聚氨酯乳液含固量达到40％的产品也少见，英国Baxenden公司的WIT-769，含固量为40％，但并不适用于提高纺织品耐水压性。中国专利CN1718606A公开了一种“水性聚氨酯乳液、其制造方法及用途”，其固量为30％左右，用于水性涂料或水性印刷油墨。

发明内容

本发明的目的是提供一种纺织品涂层用水性聚氨酯乳液及制备方法，特别是提供一种耐水压性好，牢度、耐磨、耐洗性好的高含量水性聚氨酯乳液及制备方法。

本发明水性聚氨酯乳液：

原料重量配比：

A、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(H₁₂MDI) 100-120

B、脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220) 20-30

C、线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000) 50-70

D、二聚酸聚酯二元醇(分子量2000) 40-70

E、2-甲基-2，4戊二醇 35-45

F、1，3环己二醇 25-35

G、扩链剂 6-10

H、脂肪醇聚氧乙烯醚TO7 5-10

J、去离子水 220-291

经预聚反应、扩链反应、乳化反应工艺制成；

产品化学指标如下：

外观：白色乳液

离子性：阴

pH值：8±1

含固量：55±1％

扩链剂(G)可以选择乙二胺或1，4-丁二醇其一或二者混合使用。

上述提到的脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)，可以选择degussa公司的VESTAMIN A95。

线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000)可以选择罗地亚公司的Rhodrsil1647。

二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)可以选择UNIQEMA公司的长链二聚酸聚酯二元醇PRIPLAST 3190。

脂肪醇聚氧乙烯醚TO7，是异构C13脂肪醇醚(7EO)，为德国巴斯夫(BASF)公司产品Lutensol TO7。

本发明水性聚氨酯乳液制备方法：

原料重量配比：如前所述；

制备方法：

(1)预聚反应：将(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、(C)线性双羟烷基硅氧烷、(D)二聚酸聚酯二元醇加入反应釜中，升温至70-90℃反应2-4小时，然后加入(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐、(E)2-甲基-2，4戊二醇、(F)1，3环己二醇反应2-5小时；

(2)扩链反应：上述预聚体中加入(G)扩链剂，在50-80℃反应2-3小时，降温至40±5℃；

(3)乳化反应：加入(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7和(J)去离子水，使用高速分散机快速分散，得产品。

本发明水性聚氨酯乳液生产简单方便，生产成本低，固含量高达到55％，耐水压好，牢度、耐磨、耐洗性好，水性环保。

本发明选择的原料氢化二苯基甲烷二异氰酸酯具有环状结构，合成过程中环状结构稳定，形成高聚物后仍能存在，此结构可以增加产品的刚性，弹性好，耐水、耐溶剂、耐磨性能得到增强的同时可以改善涂层蓬松感；普通聚酯中酯键容易水解，产生断链，产品不稳定，而本发明选用二聚酸聚酯二元醇具有36个碳，柔韧性极佳，同时又具有二聚酸特殊结构，涂层乳液耐水解性得到很大加强，乳液稳定性得到提高；线性双羟烷基硅氧烷提供柔滑链段，硅氧烷结构具有特殊性，它是由硅原子和氧原子交替组成稳定骨架的高分子。聚硅氧烷其主链-Si-O-Si-属于无机结构，其键能远远高于C-C键的键能，Si-C键的键能也比较高，单纯的热运动很难使Si-O键和Si-C键发生断裂，因而聚硅氧烷具有良好的热稳定性。另外硅氧烷的主链由硅氧键组成，其键距长、键角和键能大，故硅氧烷非常柔顺，其粘流活化能很小，当温度降低到-136℃时，聚二甲基硅氧烷还存在链段运动，耐低温、耐寒性特好。其次，硅氧烷主链上无不饱和键，而Si-O-Si键对氧、臭氧及紫外线等十分稳定，因而具有良好的耐候性。硅氧烷结构决定其具有优异的疏水性，他对水的接触角与石蜡相近，因而被广泛用作防水材料，大大减小处理后织物的透水性和吸水性，而不破坏它的透气性、机械性及其它性能，从分子结构观察，线性双羟烷基硅氧烷中羟基以σ键与主链上的硅原子相连，增加了自由旋转的空间体积，羟基的氢原子和水氢原子相互排斥，是水分子难以与亲水的氧结合，因而提供了疏水效果。综上，硅氧烷具有良好柔软性、耐热性、耐寒性、耐候性、疏水性等；采用2-甲基-2，4戊二醇、1，3环己二醇进行扩链，由于含有侧链甲基及环状结构增加了产品分子间斥力，降低了乳液粘度，得以高含量的实现，同时进一步增加了耐水、耐溶剂、耐磨性能；选用阴离子亲水基团和非离子乳化剂协同效用，乳液稳定性得到进一步加强，发明的产品制得的涂层渗透性更好，与布面的结合牢度好。本发明合成中选用了不同种类的羟基原料以提高产品耐磨、耐水、耐洗、耐热、耐寒等性能。该产品具有良好的工艺实施性，环保无污染。因为固体含量高，不但减少了合成工序、降低了生产成本，而且贮运安全方便，同时也减少了运输成本。

具体实施方式

实施例1

原料重量配比：

(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯100、(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)20、(C)线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000)50、(D)二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)40、(E)2-甲基-2，4戊二醇35、(F)1，3环己二醇25、(G)乙二胺7、(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7为5、(J)去离子水：220

制备方法：

1、预聚反应：将(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、(C)线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000)、(D)二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)加到反应釜中，在75-80℃反应3小时，然后加入(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)、(E)2-甲基-2，4戊二醇、(F)1，3环己二醇，在75-80℃继续反应2小时；

2、扩链反应：上述预聚体中加入(G)乙二胺，在65-70℃反应3小时，降温至40-42℃；

3、乳化反应：加入(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7和(J)去离子水，使用高速分散机快速分散，得产品，其固含量55.5％。

该实施例选用乙二胺作扩链剂形成脲键，刚性强，耐磨性优。

实施例2

原料重量配比：(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯110、(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)25、(C)线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000)50、(D)二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)50、(E)2-甲基-2，4戊二醇40、(F)1，3环己二醇30、(G)乙二胺2和1，4-丁二醇5、(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7为8、(J)去离子水235：制备方法同实施例1，得产品含量55.3％。

该实施例产品由于原料配比中(A)和(E)较大，手感略硬；选乙二胺和1，4-丁二醇共同扩链，协同作用好，耐水压、耐磨性好。

实施例3

原料重量配比：(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯115、(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)25、(C)线性双羟烷基硅氧烷(分子量2000)70、(D)二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)50、(E)2-甲基-2，4戊二醇40、(F)1，3环己二醇35、(G)1，4-丁二醇7、(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7为8、(J)去离子水261：制备方法同实施例1，得产品含量55.2％

该实施例产品由于原料组份配比中(A)和(C)较大，产品耐水压高，手感软，牢度好。

实施例4

原料重量配比：(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯115、(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)30、(C)线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000)60、(D)二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)60、(E)2-甲基-2，4戊二醇35、(F)1，3环己二醇25、(G)1，4-丁二醇9、(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7为10、(J)去离子水255：制备方法同实施例1，得产品含量54.9％

该实施例产品由于原料组份配比中(B)和(H)用量较大，产品亲水性较强，乳液状态好，稳定性好。

实施例5

原料重量配比：(A)氢化二苯基甲烷二异氰酸酯120、(B)脂肪族二胺基磺酸钠盐(当量220)30、(C)线性双羟烷基硅氧烷(分子量1000)70、(D)二聚酸聚酯二元醇(分子量2000)70、(E)2-甲基-2，4戊二醇40、(F)1，3环己二醇30、(G)1，4-丁二醇9、(H)脂肪醇聚氧乙烯醚TO7为6、(J)去离子水274：制备方法同实施例1，得产品含量55.4％

该实施例原料组份配比中(C)、(D)比例较大，其产品柔软度好，耐洗性最好。

本发明水性聚氨酯乳液织物涂层使用方法：将本乳液用增稠剂-汽巴增稠剂PTF增稠，粘度达到3000±200厘泊(25℃)，然后用涂层机在织物上涂层，150-165℃烘干2分钟。

本发明与国内、外同类产品对比实验结果如下：

涂层剂	含固量(％)	耐磨性能(次)	水洗前耐水压(mmH₂O)	水洗十次耐水压(mmH₂O)	涂膜烘干厚度
						实施例1	55.5	≥5000	2380	2250	45
实施例2	55.3	≥5000	2532	2450	43
						实施例3	55.2	≥5000	2510	2490	42
实施例4	54.9	≥5000	2430	2390	41
						实施例5	55.4	≥5000	2360	2330	43
温州寰宇URA301G	35±1	2480	1840	1578	31
						英国Baxenden公司WIT-769	40±1	3260	2230	1920	35

1、耐水压检测：GB/T4744-1997纺织织物抗渗水性测定静水压试验；ISO-811抗渗水性测试仪。

2、涂层厚度检测：GB/1764-79(89)漆膜厚度测定法；JR-706涂层厚度测试仪。

3、水洗牢度检测：GB/T8629-2001纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序；小天鹅XPB55-518S洗衣机。

4、耐磨性检测：涂层织物耐磨性能测定方法；织物平磨仪FZ/T01011-91。

从以上测试结果可以看出，本发明产品比同类产品涂膜厚度高20-30％、耐磨性好，耐水压高，耐洗牢度好，明显优于其它产品。

附件：

1、degussa公司的VESTAMIN A95产品说明书一份，一页。

2、罗地亚公司的Rhodrsil 1647产品说明书一份，二页。

3、UNIQEMA公司的长链二聚酸聚酯二元醇PRIPLAST 3190产品说明书一份，二页。

4、德国巴斯夫(BASF)公司产品Lutensol TO7产品说明书一份，一页。

Claims

1.高含量水性聚氨酯乳液，其特征是：

原料重量配比：

A、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯 100-120

B、脂肪族二胺基磺酸钠盐当量220 20-30

C、线性双羟烷基硅氧烷分子量1000 50-70

D、二聚酸聚酯二元醇分子量2000 40-70

E、2-甲基-2，4戊二醇 35-45

F、1，3-环己二醇 25-35

G、扩链剂 6-10

H、脂肪醇聚氧乙烯醚T07 5-10

J、去离子水 220-291

经预聚反应、扩链反应、乳化反应工艺制成；

产品化学指标如下：

外观：白色乳液

离子性：阴

pH值：8±1

含固量：55±1％

2.高含量水性聚氨酯乳液制备方法，其特征是：

原料重量配比：

A、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯 100-120

B、脂肪族二胺基磺酸钠盐当量220 20-30

C、线性双羟烷基硅氧烷分子量1000 50-70

D、二聚酸聚酯二元醇分子量2000 40-70

E、2-甲基-2，4戊二醇 35-45

F、1，3-环己二醇 25-35

G、扩链剂 6-10

H、脂肪醇聚氧乙烯醚T07 5-10

J、去离子水 220-291

制备方法：

(3)乳化反应：加入(H)脂肪醇聚氧乙烯醚T07和(J)去离子水，使用高速分散机快速分散，得产品。

3.根据权利要求2所述的高含量水性聚氨酯乳液制备方法，其特征是：(G)扩链剂可以选择乙二胺或1，4-丁二醇其一或二者混合使用。