一種有機硅改性水性聚氨酯涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有機硅改性水性聚氨酯及其制備方法，特別涉及一種主鏈上含有有機硅的水性聚氨酯涂料及其制備方法。該涂料原料組分及含量為：多異氰酸酯30～40；聚醚多元醇30～40；親水性擴鏈劑3～10；擴鏈劑2～10；交聯(lián)劑1～3；中和劑3～10。制備方法包括預聚物合成、預聚物中和、擴鏈及乳化等步驟。本發(fā)明所得的有機硅改性水性聚氨酯涂料在其分子主鏈上引入了硅氧鍵（-Si-O-Si-），由于硅氧鍵相比碳碳鍵（-C-C-）的鍵長大的多，使得鏈的柔順性大大提高；同時，所用的聚醚多元醇為柔性鏈段；能夠很好的改善聚氨酯的柔順性，大幅度的降低聚氨酯的模量；在紡織品、皮革、建筑以及某些特殊行業(yè)有巨大的應用前景。
【專利說明】一種有機硅改性水性聚氨酯涂料及其制備方法
【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及一種水性聚氨酯涂料及其制備方法，特別涉及一種主鏈上含有有機硅的水性聚氨酯涂料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚氨酯(PU)材料具有耐磨、抗撕裂、抗曲撓性好的特點。聚氨酯的結構是由軟段和硬段以嵌段、接枝或互穿網(wǎng)絡的方式組成。軟段通常為聚醚或聚酯，賦予聚氨酯以柔性和韌性，硬段通常為多異氰酸酯與小分子的二元醇或二元胺的縮聚物，賦予聚氨酯以強度和剛度。通過調節(jié)軟段或硬段的結構、長度與分布，相對比例及改變相對分子質量等方式，可在很大范圍內改變聚氨酯的性能，在橡膠、塑料、膠粘劑及涂料等方面有著廣泛應用。
[0003]有機硅，因其獨特的化學結構組成而具有一系列優(yōu)異性能，如良好的耐熱、耐候、電絕緣性能及憎水性等，用有機硅改性制備的聚氨酯兼具有兩者的優(yōu)異性。但是，聚硅氧烷與聚氨酯的溶度參數(shù)相差較大，一般的簡單共混、原位聚合以及形成互穿網(wǎng)絡結構的方法都不是很令人滿意。
[0004]將有機硅用于聚氨酯的改性是改善聚氨酯和有機硅材料單一材料性能缺陷的一條重要途徑。改性方法既可以是將有機硅與聚氨酯預聚體共聚，也可以是將有機硅作為改性劑直接添加到聚氨酯。隨著研究的深入，有機硅改性聚氨酯的應用日益廣泛，如用作涂料、膠粘劑、密封劑、皮革涂飾劑、織物整理劑等。
[0005]許多學者對有機硅改性聚酯進行了研究，并取得了一定的成果。卿寧等(卿寧，張曉鐳，俞從正等.有機硅共聚改性水性聚氨酯PU-SI的制備及性能研究.中國皮革，2001, 30(17): 10)以聚酯多元醇、有機硅低聚物、多異氰酸酯為主要原料，制成有機硅改性聚氨酯乳液。該乳液穩(wěn)定性好，耐水性提高，將其作為頂層涂料具有很好的綜合性能。田軍等(田軍，薛群基.端羥基聚二甲基硅氧烷/蓖麻油改性聚氨酯嵌段共聚物的研究.高分子材料科學與工程，1998，14(6):38)通過用羥基封端聚二甲基硅氧烷對醇解蓖麻油改性聚氨酯預聚體進行共混改性，使其固化速度加快，其涂膜的附著力、硬度、耐熱性也提高。
[0006]然而，將有機硅改性聚氨酯涂料應用于織物及包裝材料中，提高其抗撕裂性能方面的研究很少。因此，開發(fā)有機硅改性聚氨酯涂料用于織物及包裝材料的耐磨、耐腐蝕、抗撕裂強度的改性，必將具有重要的理論意義和應用價值。有機硅改性聚氨酯涂料在紡織品、皮革、建筑以及某些特殊行業(yè)有巨大的前景。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種有機硅改性水性聚氨酯涂料及其制備方法，特別涉及一種主鏈上含有機硅的水性聚氨酯涂料及其制備方法。本發(fā)明所述的有機硅改性水性聚氨酯涂料在聚合物的分子主鏈上引入了硅氧鍵(-S1-0-S1-)，能夠很好的改善聚氨酯的柔順性，大幅度的降低聚氨酯的模量。同時，通過在聚氨酯主鏈上引入硅氧鍵(-S1-O-S1-)對其進行改性，可以從根本上解決聚氨酯柔順性的問題。[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0009]一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，該有機硅改性水性聚氨酯涂料包括以下原料組分，按質量份數(shù)計算:
[0010]多異氰酸酯:30~40;
[0011]聚醚多元醇:30~40;
[0012]親水性擴鏈劑:3~10;
[0013] 擴鏈劑:2~10;
[0014]交聯(lián)劑:1~3;
[0015]中和劑:3~10。
[0016]所述的多異氰酸酯為氫化二苯基甲烷二異氰酸酯和雙三亞甲基(四甲基硅氧烷)二異氰酸酯的混合物，兩者的重量比為0.7~0.5:0.3~0.5。
[0017]所述的氫化二苯基甲烷二異氰酸酯的結構式如下:
[0018]
【權利要求】
1.一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，其特征是:所述有機硅改性水性聚氨酯涂料包括以下原料組分，按質量份數(shù)計算: 多異氰酸酯:30~40 ； 聚醚多元醇:30~40 ; 親水性擴鏈劑:3~10 ; 擴鏈劑:2~10 ; 交聯(lián)劑:1~3 ; 中和劑:3~10 ; 所述的多異氰酸酯為氫化二苯基甲烷二異氰酸酯和雙三亞甲基(四甲基硅氧烷)二異氰酸酯的混合物，兩者的重量比為0.7~0.5:0.3~0.5 ; 所述的氫化二苯基甲烷二異氰酸酯的結構式如下:
2.根據(jù)權利要求1所述的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的聚醚多元醇為聚四氫呋喃，其分子量為3000~6000。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的親水擴鏈劑為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸或酒石酸。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的擴鏈劑為1，6-己二醇。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的交聯(lián)劑為三羥甲基丙烷、三乙醇胺或三乙胺。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的中和劑為三乙胺、三甲胺或N，N- 二甲基乙醇胺。
7.如權利要求1所述的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料的制備方法，其特征是包括以下步驟:步驟I):雙三亞甲基(四甲基硅氧烷)二異氰酸酯的制備: 將四甲基-雙(Y -氨丙基)二硅氧烷與氯苯按重量比為0.5~0.6:0.5~0.4的比例配成溶液，然后將配好的溶液按每分鐘10~12ml的速度勻速滴加到過量的4，4/ - 二苯基甲烷二異氰酸酯中，在175~180°C下反應，減壓條件下除去氯苯，再經(jīng)分離提純得到雙三亞甲基(四甲基硅氧烷)二異氰酸酯； 步驟2):預聚物合成: 將多異氰酸酯和聚醚多元醇加入反應釜中，溫度控制在70~90°C，通氮氣的條件下攪拌反應I~2小時，然后加入親水性擴鏈劑及交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌I~3小時，得到預聚物；所述的多異氰酸酯為氫化二苯基甲烷二異氰酸酯和雙三亞甲基(四甲基硅氧烷)二異氰酸酯，其重量比為0.7~0.5:0.3~0.5 ;步驟3):預聚物中和: 將預聚物的溫度降至35~55°C，向預聚物中滴加中和劑，攪拌反應15~45分鐘；步驟4):擴鏈及乳化: 將擴鏈劑溶解在水中，配成80%質量濃度的溶液，然后將擴鏈劑溶液滴加到中和后的預聚物中，攪拌，靜置，即得到有機硅改性水性聚氨酯涂料。
8.根據(jù)權利要求7所述 的一種有機硅改性水性聚氨酯涂料的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中攪拌速率控制在1000~3000轉/分鐘，攪拌時間為20~40分鐘。
【文檔編號】C08G18/66GK103484008SQ201310396330
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權日:2013年9月3日
【發(fā)明者】嚴正華, 錢玉 申請人:鹽城市昶樺戶外用品有限公司