水性聚氨酯树脂的水性聚氨酯的合成工艺

2025年03月18日 12:53

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水性聚氨酯的合成可分为两个阶段。第一阶段为预逐步聚合，即由低聚物二醇、扩链剂、水性单体、二异氰酸酯通过溶液（或本体）逐步聚合生成分子量为103量级的水性聚氨酯预聚体；第二阶段为中和后预聚体在水中的分散和扩链。
　　早期水性聚氨酯的合成采用强制乳化法。即先制备一定分子量的聚氨酯聚合物，然后在强力搅拌下将其分散于加有一定乳化剂的水中。该法需要外加乳化剂，乳化剂用量大，而且乳液粒径大、分布宽、稳定性差，目前已经很少使用。
　　现在,水性聚氨酯的乳化主要采用内乳化法。该法利于水性单体在聚氨酯大分子链上引入亲水的离子化基团或亲水嵌段：-COO- +NHEt3、SO3- +Na、-N+ -Ac，-OCH2CH2-等，在搅拌下自乳化而成乳液（或分散体）。这种乳液稳定性好，质量稳定。根据扩链反应的不同，自乳化法主要有丙酮法和预聚体分散法。（1）配方：原料规格用量（质量份）聚己二酸新戊二醇酯工业级，Mn：1000 230.0 二羟甲基丙酸工业级 30.63 异佛尔酮二异氰酸酯工业级 112.3 N-甲基吡咯烷酮聚氨酯级 65.7 丙酮聚氨酯级 50.00 二丁基二月桂酸锡工业级 0.0200 三乙胺工业级 25.12 乙二胺工业级 5.600 水 481.7 　　（2）合成工艺
①预聚体的合成　　在氮气保护下，将聚己二酸新戊二醇酯、二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮加入反应釜中，升温至60oC ，开动搅拌使二羟甲基丙酸溶解，从恒压漏斗滴加IPDI，1h加完，保温1h；然后升温至80 oC，保温4h。
　　②中和、分散　　取样测NCO含量，当其含量达标后降温至60oC ，加入三乙胺中和；反应30min，加入丙酮调整黏度，降温至20 oC以下，在快速搅拌下加入冰水、乙二胺；继续高速分散1h，减压脱除丙酮，得带兰色荧光的半透明状水性聚氨酯分散体。（1）配方：原料规格用量（质量份）聚己内酯二醇工业级，Mn：2000 94.5 聚四氢呋喃二醇工业级，Mn：2000 283.5 1，4-丁二醇工业级 27.16 二羟甲基丙酸工业级 25.4 异佛尔酮二异氰酸酯工业级 98.9 4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯
（H12MDI）工业级 122.6 N-甲基吡咯烷酮聚氨酯级 158.3g 丙酮聚氨酯级 50.00 二丁基二月桂酸锡工业级 0.0200 三乙胺工业级 17.7 乙二胺工业级 28.5 水工业级 990 2）合成工艺　　①将聚己内酯二醇、聚四氢呋喃二醇（数均分子量为2000）、二羟甲基丙酸、1，4-丁二醇（BDO）加入1l反应瓶中，N2保护下，1200C脱水0.5h。
　　②加入140.6g N-甲基吡咯烷酮（NMP），降温至700C；搅拌下加入异佛尔酮二异氰酸酯和4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯（H12MDI）；升温至800C搅拌反应使-NCO含量降至2.5%。降温至600C，加入三乙胺，继续搅拌15min，加强搅拌，将400C的水加入反应瓶，搅拌5min，加入乙二胺，强力搅拌20min，慢速搅拌2h得产品。核-壳型水性丙烯酸－聚氨酯的合成
采用丙烯酸树脂对水性聚氨酯（PUD）进行改性通常有2种方法：物理改性和化学改性。前者主要是将所需性能的丙烯酸酯类乳液和PUD进行物理拼混。化学改性主要是制备以丙烯酸酯为核聚氨酯为壳的无皂核壳乳液。
该方法主要是先制备端一NC0预聚物，经封端引入端不饱和键，中和、加水得聚氨酯表面活性大单体。然后通过自由基引发聚合制得丙烯酸改性的聚氨酯水分散体。由于丙烯酸酯类单体不溶于水中，而被包封在聚氨酯粒子中，通过聚氨酯中被中和的羧基提供乳化稳定作用，这样可制得一种以丙烯酸酯为核，聚氨酯为壳的无游离乳化剂的水分散体，兼具聚氨酯和聚丙烯酸树脂两者的优点，同时又降低了成本，因此被誉为“最新一代水性聚氨酯”。此合成技术是PUD以及丙烯酸乳液合成技术上的创新和一大突破。
　　聚合用的丙烯酸单体中可以复合乙烯基硅氧烷单体和氟单体，对丙烯酸树脂进行氟、硅改性，以进一步提高树脂性能，如耐高温、耐水性、耐候性、透气性等。
（1）配方：　　a 大单体合成　　大单体的合成配方见下表。序号原料用量（质量份） 1 PPG 18.00 2 HDO 2.761 3 DMPA 2.475 4 TDI 13.88 5 DBTL 0.400（10%溶液） 6 NMP 10.58 7 HEA 2.382 8 乙醇 0.909 9 三乙胺 1.867 10 水 84.71 b杂化体配方　　杂化体的合成配方见下表: 序号原料用量（g） 1 大单体水分散体 40.00 2 MMA 10.08 3 BA 6.3 4 HEA 0.360 5 MAA 0.360 6 交联单体 0.900 6 K2S2O8 0.218 7 水 20（分成两份分别稀释大单体和溶解引发剂） 8 三乙胺适量 2）合成工艺　　a水性聚氨酯大单体制备　　向带有搅拌装置、温度计、N2入口和冷凝回流的四口玻璃烧瓶中加入PPG、HDO、DMPA，100oC下真空干燥脱水2h，降温至800C，加入和N-甲基吡咯烷酮，搅拌使DMPA全部溶解后，开始滴加TDI和丁酮（50/50，mass ratio）混和液，约1h滴完，向其中加入二正丁基锡二月桂酸酯，持续搅拌反应4h；冷却至60 0C，加入对苯二酚，滴加HEA，20min滴完，保温反应4h；加入乙醇，反应1h；加入TEA中和0.5h；加入水，强烈分散0.5h，旋出丁酮，得半透明水性聚氨酯大单体（WPU），固含量30%（mass ratio）。
　　b核-壳结构水性丙烯酸－聚氨酯杂化体制备　　取上述WPU大单体溶液加入于带有搅拌装置、温度计、冷凝管和恒压滴液漏斗的四口玻璃烧瓶中，将MMA、BA、HEA和MAA混合，取其30%加入反应瓶，升温至850C，搅拌30min溶涨胶粒，将过硫酸钾配成5%的溶液，取其20%加入反应瓶；搅拌聚合1h，从滴液漏斗同时滴加单体溶液和引发剂溶液，3.5h滴加完毕，在850C继续反应1h，升温900C，继续反应1h后，冷却至600C，加TEA调整PH值为8.0～8.5，降温至室温，400目网过滤，即得到水性丙烯酸-聚氨酯杂化乳液。

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