一种有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子技术领域，尤其涉及一种有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯的制备方法。

背景技术

随着人们环保意识的增强，材料安全问题得到重视。聚氨酯具有不燃、气味小、无毒、无污染、节能、操作方便等优点，已广泛用做皮革涂饰剂、纺织助剂、造纸工业助剂、涂料和粘合剂等，其产品成功应用于轻纺、皮革、木材加工、建筑、造纸等行业。尤其在复合材料领域，可通过聚氨酯与功能材料例如发光材料、抗紫外线材料等混合后喷涂到织物上，从而获得功能织物。

但是，水性聚氨酯采用水作为溶剂，在存储或者运输过程中的稳定性较差，易出现分层现象，粘结性较差。而且，当水性聚氨酯与基材结合后，由于介质水的表面张力太大，聚氨酯在基材表面成膜后的耐水性较差易吸水，成膜牢度较低易与基材相分离，而且喷涂后的产品手感较硬。

有鉴于此，有必要对现有技术中的聚氨酯予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于公开一种有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯的制备方法，用以提供一种制备具有耐水性、高强力和高稳定性的改性聚氨酯的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯的制备方法，包括如下操作步骤：

步骤一：将多元醇、二异氰酸酯、二羟基羧酸和扩链剂在氮气条件下放入反应釜中，反应温度为70℃～90℃，反应时间为2～4h；继续在反应釜中放入2,2-双羟甲基丙酸、丙酮进行扩链封端反应，反应温度为50℃～80℃，反应时间为2.5～4.5h，制得聚氨酯预聚体；

步骤二：将步骤一中得到的聚氨酯预聚体降温到45℃以下，在搅拌状态下加入有机胺中和成盐，再依次加入硅烷偶联剂、去离子水和二元胺，搅拌反应25～45min，制得有机硅改性聚氨酯；

步骤三：将十二烷基硫酸钠溶于去离子水中作为水相，将偶氮二异丁腈溶于丙烯酸酯类单体中作为油相，将水相和油相依次加入到步骤二中的有机硅改性聚氨酯中，搅拌，然后在氮气条件下升温至70℃～90℃，反应5～6h，得到有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯；

步骤四：将环氧树脂加入步骤三中的有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯中，搅拌，水浴加热，反应温度为80℃～90℃，反应时间为1～2h。

所述步骤一中的多元醇的重量份数为30～60份、二异氰酸酯的重量份数为5～10份、二羟基羧酸的重量份数为40～70份和扩链剂的重量份数为20～40份，2,2-双羟甲基丙酸的重量份数为2～4份、丙酮的重量份数为20～40份；

所述步骤二中的聚氨酯预聚体的重量份数为30～60份、有机胺的重量份数为40～70份、硅烷偶联剂的重量份数为3～4份、去离子水的重量份数为20～50份和二元胺的重量份数为25～40份；

所述步骤三中的十二烷基硫酸钠的重量份数为10～20份、去离子水的重量份数为30～60、偶氮二异丁腈的重量份数为6～8份、丙烯酸酯类单体的重量份数为10～30份、有机硅改性聚氨酯的重量份数为10～50份；

所述步骤四中的环氧树脂的重量份数为10～30份，有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯的重量份数为40～60份。

在一些实施方式中，所述步骤一中的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、低聚物多元醇。

在一些实施方式中，所述步骤二中的有机胺选自三乙胺或N,N-二甲基 乙醇胺。

在一些实施方式中，所述步骤二中的硅烷偶联剂选自KH550、KH602或KH792。

在一些实施方式中，所述步骤二中的二元胺选自乙二胺、己二胺或异佛尔酮二胺。

在一些实施方式中，所述步骤四中的环氧树脂选自E-51、E-44、E-42双酚A环氧树脂。

在一些实施方式中，所述步骤一中的多元醇的分子量介于1000到3000之间。

在一些实施方式中，所述步骤一中的二羟基羧酸为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。

在一些实施方式中，所述步骤一中的扩链剂是分子量低于400的低分子量多羟基化合物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过有机硅、丙烯酸酯和环氧树脂依次改性聚氨酯，有机硅改性聚氨酯增加了聚氨酯的柔软性和耐水性，丙烯酸酯改性聚氨酯增强了聚氨酯的力学性能，环氧树脂改性聚氨酯提高了聚氨酯的稳定性和粘结性，从而得到一种具有耐水性、高强力和高稳定性的改性聚氨酯，将改性后的聚氨酯涂覆在样品上得到的涂覆产品具有手感柔软、耐水性强、粘结牢度高、断裂强力大等特点。

具体实施方式

下面所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例一：

一种有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯的制备方法，包括如下操作 步骤：

步骤一：将多元醇、二异氰酸酯、二羟基羧酸和扩链剂在氮气条件下放入反应釜中，反应温度为70℃～90℃，反应时间为2～4h；继续在反应釜中放入2,2-双羟甲基丙酸、丙酮进行扩链封端反应，反应温度为50℃～80℃，反应时间为2.5～4.5h，制得聚氨酯预聚体；

步骤二：将步骤一中得到的聚氨酯预聚体降温到45℃以下，在搅拌状态下加入有机胺中和成盐，再依次加入硅烷偶联剂、去离子水和二元胺，搅拌反应25～45min，制得有机硅改性聚氨酯；

步骤三：将十二烷基硫酸钠溶于去离子水中作为水相，将偶氮二异丁腈溶于丙烯酸酯类单体中作为油相，将水相和油相依次加入到步骤二中的有机硅改性聚氨酯中，搅拌，然后在氮气条件下升温至70℃～90℃，反应5～6h，得到有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯；

步骤四：将环氧树脂加入步骤三中的有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯中，搅拌，水浴加热，反应温度为80℃～90℃，反应时间为1～2h。

其中，步骤一中的多元醇的重量份数为30份、二异氰酸酯的重量份数为5份、二羟基羧酸的重量份数为40份和扩链剂的重量份数为20份，2,2-双羟甲基丙酸的重量份数为2份、丙酮的重量份数为20份。

步骤二中的聚氨酯预聚体的重量份数为30份、有机胺的重量份数为40份、硅烷偶联剂的重量份数为3份、去离子水的重量份数为20份和二元胺的重量份数为25份；

步骤三中的十二烷基硫酸钠的重量份数为10份、去离子水的重量份数为30、偶氮二异丁腈的重量份数为6份、丙烯酸酯类单体的重量份数为10份、有机硅改性聚氨酯的重量份数为10份；

步骤四中的环氧树脂的重量份数为10份，有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯的重量份数为40份。

步骤一中的多元醇为聚醚多元醇，优选为聚氧化丙烯二醇，二羟基羧酸为二羟甲基丙酸。步骤二中的有机胺为三乙胺，硅烷偶联剂为KH550，二元 胺为乙二胺。步骤三丙烯酸酯类单体为丙烯酸AA。步骤四中的环氧树脂为E-51双酚A环氧树脂。步骤一中的多元醇的分子量介于1000到3000之间，扩链剂是分子量低于400的低分子量多羟基化合物，优选为二羟基酮。

实施例二：

本实施例与实施例一的主要区别在于：

所述步骤一中的多元醇的重量份数为40份、二异氰酸酯的重量份数为6份、二羟基羧酸的重量份数为50份和扩链剂的重量份数为25份，2,2-双羟甲基丙酸的重量份数为2.5份、丙酮的重量份数为25份；

所述步骤二中的聚氨酯预聚体的重量份数为40份、有机胺的重量份数为50份、硅烷偶联剂的重量份数为3.5份、去离子水的重量份数为30份和二元胺的重量份数为30份；

所述步骤三中的十二烷基硫酸钠的重量份数为13份、去离子水的重量份数为40、偶氮二异丁腈的重量份数为6.5份、丙烯酸酯类单体的重量份数为15份、有机硅改性聚氨酯的重量份数为20份；

所述步骤四中的环氧树脂的重量份数为15份，有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯的重量份数为45份。

步骤一中的多元醇为聚酯二元醇，二羟基羧酸为二羟甲基丁酸。步骤二中的有机胺为N,N-二甲基乙醇胺，硅烷偶联剂选自KH602，二元胺为己二胺。步骤四中的环氧树脂为E-44双酚A环氧树脂。步骤三丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯MA。

实施例三：

本实施例与实施例一的主要区别在于：

步骤一中的多元醇的重量份数为50份、二异氰酸酯的重量份数为9份、二羟基羧酸的重量份数为60份和扩链剂的重量份数为35份，2,2-双羟甲基丙酸的重量份数为3份、丙酮的重量份数为35份；

所述步骤二中的聚氨酯预聚体的重量份数为50份、有机胺的重量份数为60份、硅烷偶联剂的重量份数为3.8份、去离子水的重量份数为40份和二元胺的重量份数为35份；

所述步骤三中的十二烷基硫酸钠的重量份数为18份、去离子水的重量份数为50、偶氮二异丁腈的重量份数为7.5份、丙烯酸酯类单体的重量份数为25份、有机硅改性聚氨酯的重量份数为40份；

所述步骤四中的环氧树脂的重量份数为25份，有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯的重量份数为55份。

步骤一中的多元醇为聚酯二元醇。步骤二中的硅烷偶联剂选自KH792，二元胺选自异佛尔酮二胺。步骤四中的环氧树脂选自E-42双酚A环氧树脂。

实施例四：

本实施例与上述实施例的主要区别在于：

所述步骤一中的多元醇的重量份数为60份、二异氰酸酯的重量份数为10份、二羟基羧酸的重量份数为70份和扩链剂的重量份数为40份，2,2-双羟甲基丙酸的重量份数为4份、丙酮的重量份数为40份；

所述步骤二中的聚氨酯预聚体的重量份数为60份、有机胺的重量份数为70份、硅烷偶联剂的重量份数为4份、去离子水的重量份数为50份和二元胺的重量份数为40份；

所述步骤三中的十二烷基硫酸钠的重量份数为20份、去离子水的重量份数为60、偶氮二异丁腈的重量份数为8份、丙烯酸酯类单体的重量份数为30份、有机硅改性聚氨酯的重量份数为50份；

所述步骤四中的环氧树脂的重量份数为30份，有机硅/丙烯酸酯改性聚氨酯的重量份数为60份。

将实施例1-4得到的有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯进行性能测试，其中，对照组为未经有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性的聚氨酯，试结果如表1所示：

将实施例1-4得到的有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯分别喷涂在样品上，喷涂量为240g/m²，压合2min，48小时后进行测试。其中，样品可为针织物、机织物或者无纺布，对照组为未经测有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性的聚氨酯喷涂的样品，测试结果如表2所示。

从表1和表2可以看出，与未经改性的聚氨酯相比，经过有机硅、丙烯酸酯、环氧树脂依次改性后的聚氨酯具有较好的柔软性、耐水性、力学性能、稳定性和粘结性。将有机硅/丙烯酸酯/环氧树脂改性聚氨酯涂覆在针织物、机织物或者无纺布等样品上后，涂覆后的样品的各种性能相对于涂覆未改性的聚氨酯的样品得到改善，具体地，涂覆产品的手感更加柔软，耐水性能更强、断裂强力增大、粘结牢度更好。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。