專利名稱：水性聚氨酯表面處理劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子表面處理劑領(lǐng)域，特別涉及到聚氨酯增強(qiáng)無(wú)機(jī)材料之間，以及無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料之間的水性聚氨酯表面處理劑及其制備方法。
玻璃纖維，礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維因其價(jià)格低廉，具有優(yōu)良的耐候性而廣泛地用來(lái)制做吸聲、防潮、隔熱和減震板墻。但是玻璃纖維、礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維脆性大、強(qiáng)度低，僅靠纖維之間的相互交錯(cuò)、纏繞作用，整體強(qiáng)度也難提高，在室外使用受環(huán)境影響，其整體強(qiáng)度更低。尤其在雨季和高濕熱空氣中易吸附酶菌而發(fā)霉、易吸收大量水分而脫落，從而失去了這些板墻的吸聲、防潮、隔熱和減震效果。由于玻璃纖維，礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維本身的這些缺陷，使其在實(shí)際應(yīng)用中的許多方面受到了限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種涂覆在玻璃纖維、礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維、塑料或金屬墻板上，使玻璃纖維、礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維與塑料或金屬墻板之間具有粘接性強(qiáng)，柔性適中，疏水和耐候性好的水性聚氨酯表面處理劑，用以克服玻璃纖維和礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維脆性大，強(qiáng)度低，使用效果差，壽命短的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種水性聚氨酯表面處理劑的制備方法。
本發(fā)明的表面處理劑是以水為分散劑的聚氨酯乳液，并配以納米級(jí)無(wú)機(jī)物，其原料的組份和含量如下，以重量份數(shù)計(jì)聚酯多元醇單體30-60或 聚醚或低聚物多元醇單體30-60或 聚酯多元醇單體和聚醚或低聚物多元醇單體的混合物30-110異氰酸酯 20-50親水性擴(kuò)鏈劑 5-10納米級(jí)無(wú)機(jī)物 1-5三乙胺1-10
蒸餾水 300-400。
本發(fā)明所述的聚酯多元醇單體是由二元羧酸與二元醇脫水縮聚而成的聚酯多元醇、聚-ε-己內(nèi)酯二醇、聚碳酸己二醇酯二醇或它們的混合物等。
所述的二元羧酸包括己二酸，壬二酸，癸二酸，丁二酸，順丁烯二酸，對(duì)苯二甲酸等；二元醇包括乙二醇，1，2-丙二醇，1，4-丁二醇，1，6-己二醇，乙縮乙二醇，一縮二丙二醇，甲基丙二醇，雙酚A等。
所述的聚醚和低聚物多元醇單體是聚氧化丙烯二醇、聚四氫呋喃二醇、聚丁二烯二醇、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇、聚丁二烯-丙烯腈共聚二醇或它們的混合物等。
所述的異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯或二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯等。
所述的親水性擴(kuò)鏈劑是二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二羥基半酯、二氨基戊酸或二氨基苯甲酸等。
所述的納米級(jí)無(wú)機(jī)物是二氧化鋅、二氧化鈦、水滑石或蒙脫土等。
本發(fā)明的水性聚氨酯表面處理劑的制備方法如下，以重量份數(shù)計(jì)將聚酯多元醇單體30-60份、聚醚或低聚物多元醇單體30-60份或聚酯多元醇單體和聚醚或低聚物多元醇單體的混合物30-110份，納米級(jí)無(wú)機(jī)物1～5份置于容器中，加熱80-90℃抽真空30-60分鐘左右，在50-60℃滴加異氰酸酯20～50份，滴畢在80～95℃攪拌反應(yīng)2-3小時(shí)左右。降溫至40-65℃時(shí)，加入重量百分比濃度為10-20％含有親水性擴(kuò)鏈劑5～10份的丙酮溶液進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)。在此溫度下反應(yīng)2-2.5小時(shí)左右，降溫至40-50℃，加入重量百分比濃度為10-20％含有三乙胺1～10份的丙酮溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，攪拌中和30-60分鐘左右，在激烈攪拌下緩慢加入蒸餾水300～400份，隨著蒸餾水的加入，反應(yīng)液由淡黃色半透明逐漸變成白色乳液。攪拌1小時(shí)左右，抽真空除去丙酮，得到pH＝7-7.5的水性聚氨酯表面處理劑。
本發(fā)明所提供的聚氨酯不僅耐水性好，而且化學(xué)活性高，用于玻璃纖維、礦棉、木材、織物、皮革等多孔材料表面，實(shí)現(xiàn)了理想的均勻分散和界面粘接，從而達(dá)到材料制品整體力學(xué)性能的提高。
本發(fā)明所提供的聚氨酯具有優(yōu)良的柔韌性，用它處理過(guò)的玻璃纖維、礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維經(jīng)催干后表面形成柔韌性非常好的薄膜，這層薄膜由于柔韌性適中，不但不影響原材料吸聲效果，而且還可提高玻璃纖維、礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維的防潮、隔熱、減震效果。
本發(fā)明在制備聚氨酯預(yù)聚體時(shí)摻入納米級(jí)無(wú)機(jī)氧化物，目的是利用納米級(jí)無(wú)機(jī)物的表面效應(yīng)，使這種表面處理劑具有屏蔽紫外線和抗菌、防霉的功效，這種功能可以有效地延長(zhǎng)玻璃纖維，礦棉等無(wú)機(jī)材料纖維做為吸聲，防潮、減震墻板的使用壽命。
本發(fā)明遵循環(huán)保法規(guī)，在制備聚氨酯預(yù)聚體時(shí)加入親水性擴(kuò)鏈劑，以制得水性聚氨酯表面處理劑；又因以水為分散劑，沒(méi)有有機(jī)溶劑，所以具有不燃，無(wú)臭味，VOC值為零，無(wú)環(huán)境污染操作安全方便等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
將聚氧化丙烯二醇55g，聚丁二烯-丙烯腈共聚二醇45g，納米級(jí)二氧化鈦5g置于1000ml容器中，加熱80-90℃抽真空30分鐘后，在50-60℃滴加二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯45.5g，滴畢在80-85℃攪拌反應(yīng)2小時(shí)。降溫至65℃時(shí)，加入重量百分比濃度為10％含有二羥甲基丁酸7.1g的丙酮溶液進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)。在此溫度下反應(yīng)2小時(shí)后降溫至40℃，加入重量百分比濃度為20％含有三乙胺9g的丙酮溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，攪拌中和30分鐘后，在激烈攪拌下緩慢加入蒸餾水370ml，隨著蒸餾水的加入，反應(yīng)液由淡黃色半透明逐漸變成白色乳液。攪拌1小時(shí)后，抽真空除去丙酮，得pH＝7-7.5的微黃半透明乳液(PU-01)。
將聚己二酸乙二醇酯二醇60g，聚四氫呋喃二醇40g，納米級(jí)二氧化鋅3g置于1000ml容器中，加熱80-90℃抽真空50分鐘后，在50-60℃滴加甲苯二異氰酸酯32.5g，滴畢在80-85℃攪拌反應(yīng)2.5小時(shí)。待反應(yīng)液降至60℃時(shí)，加入重量百分比濃度為15％含有二羥甲基丙酸5.9g的丙酮溶液進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)。在此溫度下反應(yīng)2小時(shí)后降溫至40℃，此時(shí)加入重量百分比濃度為10％含有三乙胺4.4g的丙酮溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，攪拌中和30分鐘后，在激烈攪拌下緩慢加入蒸餾水330ml，此時(shí)反應(yīng)液由半透明液逐漸變白，最后成為白色乳液。攪拌1小時(shí)后，抽真空除去丙酮，得pH＝7-7.5的微帶藍(lán)色的白色乳液(PU-02)。
將聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇30g，聚-ε-己內(nèi)酯二醇30g，聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇40g，納米級(jí)水滑石4g置于1000ml三口燒瓶中，加熱80-90℃抽真空60分鐘后，在50-60℃滴加甲苯環(huán)己基二異氰酸酯37.6g，滴畢在85-90℃攪拌反應(yīng)2小時(shí)。待反應(yīng)液降至40℃時(shí)，加入重量百分比濃度為20％含有二氨基戊酸7.8g的丙酮溶液進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)。在此溫度下反應(yīng)2小時(shí)后降溫至40℃，此時(shí)加入重量百分比濃度為20％含有三乙胺5.4g的丙酮溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，攪拌中和30分鐘后，在激烈攪拌下緩慢加入蒸餾水350ml，此時(shí)反應(yīng)液由半透明狀逐漸變白。攪拌1小時(shí)后，抽真空除去丙酮，得pH＝7-7.5的白色乳液(PU-03)。
PU-01，PU-02，PU-03的性能測(cè)試見(jiàn)表1.
PU-01，PU-02，PU-03成膜后的性能測(cè)試見(jiàn)表2.
表1表面處理劑的性能測(cè)試 表2表面處理劑成膜后性能測(cè)試
權(quán)利要求
1.一種水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于該處理劑是以水為分散劑的聚氨酯乳液，并配以納米級(jí)無(wú)機(jī)物，其原料的組份和含量如下，以重量份數(shù)計(jì)聚酯多元醇單體30-60或 聚醚或低聚物多元醇單體 30-60或 聚酯多元醇單體和聚醚或低聚物多元醇單體的混合物 30-110異氰酸酯 20-50親水性擴(kuò)鏈劑 5-10納米級(jí)無(wú)機(jī)物 1-5三乙胺1-10蒸餾水300-400。
2.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的聚酯多元醇單體是由二元羧酸與二元醇脫水縮聚而成的聚酯多元醇、聚-ε-己內(nèi)酯二醇、聚碳酸己二醇酯二醇或它們的混合物。
3.如權(quán)利要求2所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的二元羧酸包括己二酸，壬二酸，癸二酸，丁二酸，順丁烯二酸，對(duì)苯二甲酸。
4.如權(quán)利要求2所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的二元醇包括乙二醇，1，2-丙二醇，1，4-丁二醇，1，6-己二醇，乙縮乙二醇，一縮二丙二醇，甲基丙二醇，雙酚A。
5.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的聚醚和低聚物多元醇單體是聚氧化丙烯二醇、聚四氫呋喃二醇、聚丁二烯二醇、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇、聚丁二烯-丙烯腈共聚二醇或它們的混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯或二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯。
7.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的親水性擴(kuò)鏈劑是二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二羥基半酯、二氨基戊酸或二氨基苯甲酸。
8.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯表面處理劑，其特征在于所述的納米級(jí)無(wú)機(jī)物是二氧化鋅、二氧化鈦、水滑石或蒙脫土。
9.如權(quán)利要求1-8所述的水性聚氨酯表面處理劑的制備方法，其特征在于以重量份數(shù)計(jì)將聚酯多元醇單體30-60份、聚醚或低聚物多元醇單體30-60份或聚酯多元醇單體和聚醚或低聚物多元醇單體的混合物30-110份，納米級(jí)無(wú)機(jī)物1～5份置于容器中，加熱80-90℃抽真空，滴加異氰酸酯20～50份，攪拌，降溫，加入重量百分比濃度為10-20％含有親水性擴(kuò)鏈劑5～10份的丙酮溶液進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)；加入重量百分比濃度為10-20％含有三乙胺1～10份的丙酮溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，攪拌，在激烈攪拌下緩慢加入蒸餾水300～400份，攪拌，抽真空除去丙酮，得到水性聚氨酯表面處理劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子表面處理劑領(lǐng)域,特別涉及水性聚氨酯表面處理劑及其制備方法。將聚酯多元醇單體30－60份、聚醚或低聚物多元醇單體30－60份或它們的混合物30－110份,納米級(jí)無(wú)機(jī)物1～5份置于容器中,加熱、抽真空,滴加異氰酸酯20～50份,加入重量百分比濃度為10－20%含有親水性擴(kuò)鏈劑5～10份的丙酮溶液和10－20%含有三乙胺1～10份的丙酮溶液進(jìn)行反應(yīng),攪拌,加入蒸餾水,攪拌,抽真空除去丙酮,得水性聚氨酯表面處理劑。該處理劑能賦予材料表面具有屏蔽紫外線和抗菌、防霉等功效。
文檔編號(hào)C08L75/00GK1380359SQ0111061
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2001年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者魯開(kāi)娟, 楊亞君, 曾繁杰, 孫賢育, 劉必前, 江雷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所