一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，將異氟爾酮二異氰酸酯IPDI熔化，然后加入聚醚210和聚醚220，在70-80℃條件下，反應(yīng)25-30min，然后加入聚硅氧烷改性劑，反應(yīng)30min，然后加入二羥甲基丙酸溶液，在70-80℃，反應(yīng)25-30min，再加入乙二醇反應(yīng)40-60min，得到改性聚氨酯預(yù)聚物；將上述預(yù)聚物降至室溫，加入丙酮，常溫?cái)噭?，然后加入三乙胺，得到預(yù)聚體的丙酮溶液，15-30min后，將預(yù)聚體的丙酮溶液加入二乙烯三胺的水溶液中，攪拌，乳化擴(kuò)鏈，除去丙酮，即得。本發(fā)明所得材料具有良好的耐水性、耐老化性、耐候性、耐高低溫和耐化學(xué)溶劑性。
【專利說明】一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于改性聚氨酯材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯(PU)是聚氨基甲酸酯(polyurethane)的簡(jiǎn)稱,這類高分子化合物材料中含有相當(dāng)數(shù)量的氨基甲酸酯基(-NHC00-)。聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、抗曲撓性好的特點(diǎn)，有優(yōu)良的加工性能，可以廣泛地應(yīng)用于運(yùn)輸、家電、機(jī)械、建筑、輕紡、制鞋、體育用具及場(chǎng)地、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域，是一種多功能的聚合物材料。
[0003]聚氨酯分為溶劑型聚氨酯和水性聚氨酯兩大類。溶劑型聚氨酯應(yīng)用于紡織工業(yè)，有些性能比水性聚氨酯好，如薄膜強(qiáng)度、耐水性和粘結(jié)性，另外光潔度也優(yōu)于水性聚氨酯，在轉(zhuǎn)移和濕法涂層上用量較大。但由于其主要溶劑為甲苯、二甲苯、丁酮等有機(jī)溶劑及其混合物，有機(jī)溶劑有一定的毒性，環(huán)境污染大，且易燃易爆，工廠建筑上也有特別要求，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的完善，目前應(yīng)用上已受到一定的限制。
[0004]水性聚氨酯(WPU)是指聚氨酯溶解于水或者分散于水中而形成的一種聚氨酯,有人也稱其為水系聚氨酯或水基聚氨酯。它不僅具有溶劑型聚氨酯的一些優(yōu)異性質(zhì)，而且具有無毒、無污染、節(jié)省能源、操作加工方便及易貯存等特點(diǎn)。在人們對(duì)環(huán)保日益關(guān)注的今天，水性聚氨酯有取代溶劑型聚氨酯的趨勢(shì)。但是水性聚氨酯合成時(shí)大分子結(jié)構(gòu)上引入了親水基團(tuán)，另外水性聚氨酯大多是線性聚合物，內(nèi)部雖存在因氫鍵而形成的物理交聯(lián)，但缺乏化學(xué)交聯(lián)，因此水性聚氨酯力學(xué)性能較差，耐水、耐溶劑性`、耐熱性和光澤性均不理想。需要對(duì)其進(jìn)行改性處理，以提升其性能。
[0005]有機(jī)娃材料是分子結(jié)構(gòu)中含有娃兀素的高分子合成材料，主鏈?zhǔn)且粭lS1-O-Si鍵交替組成的穩(wěn)定骨架，有機(jī)基團(tuán)與硅原子相連形成側(cè)基。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予有機(jī)硅材料一系列優(yōu)異的性能，如:極好耐高低溫性能，優(yōu)良的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性、憎水防潮性、生理惰性及生物相容性。用其改性聚氨酯，可以使聚氨酯具有許多優(yōu)良的性能，如:良好的耐水性、耐老化性、耐候性、耐高低溫和耐化學(xué)溶劑性等，因而可以有機(jī)硅改性聚氨酯成為聚氨酯研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，本發(fā)明利用聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、抗曲撓性好的特點(diǎn)，并針對(duì)其不足，用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予有機(jī)硅材料改性聚氨酯，可以使聚氨酯具有許多優(yōu)良的性能，如:良好的耐水性、耐老化性、耐候性、耐高低溫和耐化學(xué)溶劑性等。
[0007]本發(fā)明的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，包括:
[0008](I)將異氟爾酮二異氰酸酯IPDI熔化，然后加入1%_1(^丨％聚醚210和聚醚220，在70-80°C條件下，反應(yīng)25-30min，然后加入l%_10wt%聚硅氧烷改性劑，反應(yīng)30min，然后加入二羥甲基丙酸溶液，在70-80°C，反應(yīng)25-30min，再加入乙二醇反應(yīng)40-60min，得到改性聚氨酯預(yù)聚物；其中異氟爾酮二異氰酸酯IPD1、聚醚210、聚醚220、聚硅氧烷改性劑、二羥甲基丙酸、乙二醇的質(zhì)量比為100:1~10:1~10:1~10:1~10:15~50 ；
[0009](2)將上述預(yù)聚物降至室溫，加入丙酮降粘，常溫直至預(yù)聚物溶解，得到均相溶液，然后加入三乙胺中和分子鏈中的羧酸，得到預(yù)聚體的丙酮溶液，15-30min后，將預(yù)聚體的丙酮溶液加入二乙烯三胺的水溶液中，攪拌，乳化擴(kuò)鏈，除去丙酮，即得聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體；其中預(yù)聚體、丙酮、三乙胺、二乙烯三胺的質(zhì)量比為100:200~400:1~5:80~120。
[0010]所述步驟(1)中聚醚210和聚醚220為除水后的聚醚210和聚醚220。
[0011]所述步驟(1)中所用其他原料均為除水后的干燥物。
[0012]所述步驟(1)中聚硅氧烷改性劑為α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷或α，ω-二
羥基聚二甲基硅氧烷。
[0013]所述α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷或α，ω - 二羥基聚二甲基硅氧烷相對(duì)分子量均為Μ=1000-3000。
[0014]所述步驟(1)中二羥甲基丙酸溶液為3.18g 二羥甲基丙酸溶解在10gN，N_ 二甲基甲酰胺中。
[0015]所述步驟(1)中用二正丁胺反滴定法分析預(yù)聚物中異氰酸根NCO含量，取樣，預(yù)聚物中異氰酸根含量達(dá)到起始值的40~80%時(shí)，終止反應(yīng)。
`[0016]所述步驟(2)中乳化擴(kuò)鏈時(shí)間為40_60min。
[0017]所述步驟(2)中50_60°C條件下，恒溫10_30min，除去丙酮。
[0018]本發(fā)明分別以α -氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷(M=1000~3000)和α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷(M=1000~3000)為改性原料、以異氟爾酮二異氰酸酯(iroi)為硬段、聚醚210、聚醚220等為軟段，二羥甲基丙酸為離子中心、二乙烯三胺為擴(kuò)鏈劑，采用丙酮法合成了聚硅氧烷接枝改性聚氨酯水分散體(GPU)和聚硅氧烷嵌段改性聚氨酯水分散體(BPU)。
_9] 有益.效果
[0020]本發(fā)明利用聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、抗曲撓性好的特點(diǎn)，并針對(duì)其不足，用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予有機(jī)硅材料改性聚氨酯，可以使聚氨酯具有許多優(yōu)良的性能，如:良好的耐水性、耐水洗穩(wěn)定性等。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0022]實(shí)施例1
[0023]預(yù)聚物的合成:在裝有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入100g的異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)，升溫至其熔化。然后，加入Ig除過水的聚醚210和聚醚220，在70°C左右反應(yīng)30min后,加入3g α -氫- ω-羥基-聚二甲基硅氧烷(M=1000),同樣溫度下反應(yīng)30min。然后將3.18g的二羥甲基丙酸(用IOg N，N - 二甲基甲酰胺溶解)加入反應(yīng)體系，在70°C下反應(yīng)30min,再加入15g乙二醇反應(yīng)40min后,取樣,用標(biāo)準(zhǔn)二正丁胺反滴定法分析預(yù)聚物中NCO含量。當(dāng)異氰酸根含量達(dá)到設(shè)定值時(shí)(預(yù)聚物中異氰酸根含量達(dá)到起始值的40~80%時(shí))，終止反應(yīng)，得到異氰酸酯基封端聚氨酯預(yù)聚物。
[0024]水分散體的制備:將預(yù)聚物降至室溫，加入200g丙酮降粘，室溫下攪拌直至預(yù)聚物溶解，得到均相溶液，再加入2g三乙胺中和分子鏈中的羧基。15min后，將預(yù)聚體的丙酮溶液強(qiáng)力分散于含80g 二乙烯三胺的去離子水中，使其乳化擴(kuò)鏈。最后，50°C恒溫除去丙酮，得到聚硅氧烷接枝改性聚氨酯水分散體。
[0025]上述合成的產(chǎn)品整理純棉織物測(cè)試拒水性能(測(cè)試方法參照AATCC22— 2001)《排水:噴霧試驗(yàn)》測(cè)試并評(píng)級(jí)，拒油性能(測(cè)試方法參照AATCC118— 2002《排油:耐烴試驗(yàn)》(FZ / T01067-1999)，及耐洗性能(參照 GB / T8629-2001 (IS06330—2000)《紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》，5A洗滌程序)，其結(jié)果如下表1。
[0026]表1
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，包括: (O將異氟爾酮二異氰酸酯IPDI熔化，然后加入1%-10wt%聚醚210和聚醚220，在70-80°C條件下，反應(yīng)25-30min，然后加入1%-10被％聚硅氧烷改性劑，反應(yīng)30min，然后加入二羥甲基丙酸溶液，在70-80°C，反應(yīng)25-30min，再加入乙二醇反應(yīng)40_60min，得到改性聚氨酯預(yù)聚物；其中異氟爾酮二異氰酸酯IPD1、聚醚210、聚醚220、聚硅氧烷改性劑、二羥甲基丙酸、乙二醇的質(zhì)量比為100:1~10:1~10:1~10:1~10:15~50 ； (2)將上述預(yù)聚物降至室溫，加入丙酮，常溫?cái)噭?，然后加入三乙胺，得到預(yù)聚體的丙酮溶液，15-30min后，將預(yù)聚體的丙酮溶液加入二乙烯三胺的水溶液中，攪拌，乳化擴(kuò)鏈，除去丙酮，即得聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體；其中預(yù)聚體、丙酮、三乙胺、二乙烯三胺的質(zhì)量比為 100:200 ~400:1 ~5:80 ~120。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中聚醚210和聚醚220為除水后的聚醚210和聚醚220。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中聚硅氧烷改性劑為α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷或α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷或α，ω - 二羥基聚二甲基硅氧烷相對(duì)分子量均為 Μ=1000-3000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中二羥甲基丙酸溶液為二羥甲基丙酸溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，二羥甲基丙酸溶液的質(zhì)量百分`濃度為31.8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中用二正丁胺反滴定法分析預(yù)聚物中異氰酸根NCO含量，取樣，預(yù)聚物中異氰酸根含量達(dá)到起始值的40~80%時(shí)，終止反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中乳化擴(kuò)鏈時(shí)間為40-60min。
8.根據(jù)權(quán)利要去I所述的一種聚硅氧烷改性聚氨酯水分散體的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中50-60°C條件下,恒溫10-30min,除去丙酮。
【文檔編號(hào)】C08G18/75GK103819648SQ201410089774
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】蔡再生, 馮磊, 王俊, 劉惠林, 徐海明, 陳立文, 周歸歸, 李燕龍 申請(qǐng)人:東華大學(xué), 華懋(廈門)織造染整有限公司