水性聚氨酯、其制備方法及具有其的復合膜的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及水性聚氨酯材料領域，具體而言，涉及一種水性聚氨酯、其制備方法及 具有其的復合膜。
【背景技術】
[0002] 現有的資料和文獻中，PET膜的制備多是通過PP、PET等薄膜的電暈實現，如申請 號201010201239. 7的中國專利申請公開了一種多層PET保護膜的制作工藝，該工藝使用的 是PET的電暈處理，但是其產品的穩(wěn)定性相對比較差，使用時間收到明顯的限制；又如申請 號為201220463550. 3的中國專利申請公開了一種光面印刷銀色PET膜，其使用的聚氨酯的 涂層對PET表面進行處理，但產品的工藝穩(wěn)定性存在著不安定因素。
[0003] 由此可見，現有技術所制備的PET膜的使用時限有較明顯的限制，一般為3-6個月 的時間，且其電暈后的極性基團在環(huán)境中的空氣和水作用下，明顯減少，導致電暈的PP、PET 膜表面能明顯的下降，影響良率及產品的品質；而通過聚酯涂層進行表面處理時，聚氨酯中 的酯鍵耐水解性能較差，使其產品的耐候性及附著力的持久性和穩(wěn)定性偏差，導致其產品 的使用期偏短，影響后段產品鏈中相關產品的品質。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種水性聚氨酯、其制備方法及具有其的復合膜，以 解決現有技術中的水性聚氨酯材料形成的聚氨酯涂層表面能低的問題。
[0005] 為了實現上述目的，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種水性聚氨酯，水性聚氨酯 由包括以下重量份的原料反應得到：35?70重量份的分子量為1000?2000的脂肪族聚 碳酸酯多元醇；20?50重量份的多異氰酸酯；4?8重量份的親水性擴鏈劑；0. 5?10重 量份的多元醇擴鏈劑，4?8重量份的中和劑；0. 01?0. 3重量份的催化劑。
[0006] 進一步地，上述多元醇擴鏈劑為分子量在80?200的多元醇，優(yōu)選為1，4-丁二 醇、一縮二乙二醇、1，5-戊二醇、三羥甲基丙烷中的一種或多種。
[0007] 進一步地，上述多異氰酸酯為脂肪族異氰酸酯或芳香族異氰酸酯，優(yōu)選六亞甲基 二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯；親水性擴鏈劑為含活性氫的離子型親水化合物或含活 性氫的非離子型親水化合物，離子型親水化合物物優(yōu)選為羧基型親水化合物、磺酸基型親 水化合物、磷酸基型親水化合物或季銨鹽型親水化合物，優(yōu)選2, 2-二羥甲基丙酸或2, 2二 羥甲基丁酸；中和劑為堿性化合物，優(yōu)選有機堿，進一步優(yōu)選三乙胺；催化劑為有機錫、有 機鉍或鈦酸酯，優(yōu)選二月桂酸二丁基錫或辛酸亞錫。
[0008] 進一步地，上述原料還包括重量份為0. 5?3的多元胺化合物，優(yōu)選為多胺、醇胺、 肼或酰肼，進一步優(yōu)選為乙二胺或二乙烯三胺。
[0009] 進一步地，上述原料在有機溶劑中進行反應，有機溶劑優(yōu)選為酮類溶劑或酯類溶 劑，進一步優(yōu)選為丙酮或丁酮。
[0010] 為了實現上述目的，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種復合膜，包括基體和附著 在基體上的聚氨酯層，該聚氨酯層中的聚氨酯為上述的水性聚氨酯。
[0011] 進一步地，上述聚氨酯層為單層或多層，各層聚氨酯層中的水性聚氨酯以0. 01? 0. 5g/m2的涂布量涂布，優(yōu)選涂布量為0. 05?0. 2g/m2。
[0012] 進一步地，上述基體的材料為聚乙稀、聚氯乙稀、聚丙稀、聚苯乙稀或聚酰胺。
[0013] 為了實現上述目的，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種上述的水性聚氨酯的制 備方法，該制備方法包括：步驟S1，將聚碳酸酯多元醇進行脫水，形成脫水聚碳酸酯多元 醇；步驟S2,將脫水聚碳酸酯多元醇、多異氰酸酯、親水性擴鏈劑、多元醇擴鏈劑和催化劑 混合形成混合體系，并使混合體系進行聚合反應，得到預聚體體系；以及步驟S3,對預聚體 體系進行中和、分散，形成水性聚氨酯。
[0014] 進一步地，上述步驟S2中的混合體系在50?100°C下反應4?6h得到預聚體體 系。
[0015] 進一步地，上述步驟S2包括：將脫水聚碳酸酯多元醇、多異氰酸酯和催化劑進行 混合，形成第一混合體系；使第一混合體系在50?KKTC下反應2?3h，形成第一反應體 系；將親水性擴鏈劑和多元醇擴鏈劑加入第一反應體系中，形成第二反應體系；使第二反 應體系在50?100°C下反應2?3h，得到預聚體體系。
[0016] 進一步地，上述步驟S2采用有機溶劑控制預聚體體系的黏度。
[0017] 進一步地，上述步驟Sl在100?140°C、0. 07?0. 09MPa的負壓下使脂肪族聚碳 酸酯多元醇進行脫水2?3h，得到脫水聚碳酸酯多元醇。
[0018] 進一步地，上述步驟S3包括：將預聚體體系降溫至30?60°C后，向預聚體體系 中加入中和劑進行中和0. 5?lh，形成中和體系；向中和體系中加去離子水并以1000? 5000r/min的轉速將去離子水分散到中和體系中，形成水性聚氨酯。
[0019] 進一步地，上述步驟S3還包括采用多元胺化合物對中和體系中的預聚體進行胺 擴鏈的過程。
[0020] 進一步地，上述步驟S3對預聚體體系進行中和、分散后，還包括在30?60°C條件 下真空脫除溶劑的步驟。
[0021] 應用本發(fā)明的技術方案，本發(fā)明中通過20?50重量份的多異氰酸酯與35?70 重量份的分子量為1000?2000的脂肪族聚碳酸酯多元醇反應生成聚氨酯結構，其中的氨 基甲酸酯和脲結構具有高極性以及較酯鍵有更好的耐水解性能，從而使由此制備的聚氨酯 涂層具有較高的表面能。
【具體實施方式】
[0022] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0023] 正如【背景技術】部分所介紹的，現有技術中存在水性聚氨酯材料的耐水性、附著力 和穩(wěn)定性差的問題。為了解決這一問題，本發(fā)明發(fā)明人提供了一種水性聚氨酯，本發(fā)明的水 性聚氨酯由包括以下重量份的原料反應得到：35?70重量份的分子量為1000?2000的 脂肪族聚碳酸酯多元醇（優(yōu)選40?70重量份）、20?50重量份的多異氰酸酯、4?8重 量份的親水性擴鏈劑、〇. 5?10重量份的多元醇擴鏈劑、4?8重量份的中和劑和0. 01? 〇. 3重量份的催化劑。
[0024] 應用本發(fā)明的技術方案，可以得到一種高表面能的水性聚氨酯樹脂。本發(fā)明中通 過20?50重量份的多異氰酸酯與35?70重量份的分子量為1000?2000的脂肪族聚碳 酸酯多元醇反應生成聚氨酯結構，其中的氨基甲酸酯和脲結構具有較酯鍵更高的極性，從 而使由此制備的聚氨酯涂層具有較高的表面能。
[0025] 而將脂肪族聚碳酸酯多元醇的分子量限制為1000?2000,可以在獲得較好的表 面能的前提下同時具備其他較好的綜合性能，因為如果脂肪族聚碳酸酯多元醇的分子量大 于2000,其主鏈上的亞烷基和碳酸酯基的密度較小，導致最終的得到的聚氨酯的極性較小， 表面能較小；而當脂肪族聚碳酸酯多元醇的分子量小于1000時，主鏈上的亞烷基和碳酸酯 基的密度過大，導致最終得到的聚氨酯剛度較大，容易脆斷。進一步地，4?8重量份的親 水性擴鏈劑主要是為了在水性聚氨酯大分子主鏈上引入親水基團，是水性聚氨酯制備中使 用的功能單體，而其重量份的設置則主要是根據最終水性聚氨酯需要的水溶性大小而定； 0. 5?10重量份的多元醇擴鏈劑，主要是調整水性聚氨酯的軟、硬段的比例，使最終的水性 聚氨酯具備較好的韌性和強度，在具有較高的表面能的同時兼顧韌性、強度、耐溫性等綜合 性能；4?8重量份的中和劑則是與親水性擴鏈劑引入的羧基、磺酸基或者其他的親水基團 發(fā)生中和反應生成鹽，使水性聚氨酯呈現水溶性。而0. 01?0. 3重量份的催化劑則是為了 提尚整個反應的效率。
[0026] 本發(fā)明中的一個優(yōu)選的實施例中，上述多元醇擴鏈劑為分子量在80?200的多元 醇，優(yōu)選為1，4_ 丁二醇、一縮二乙二醇、1，5-戊二醇、三羥甲基丙烷中的一種或多種。通過 限定多元醇的分子量從而確定引入親水基團的密度，當多元醇的分子量大于200時，相較 而言引入的多元醇擴鏈劑上親水基團的密度較大，在一定程度上會使一部分親水基團發(fā)生 互相交錯的現象，最終導致親水基團與中和劑反應生成的鹽基互相交錯，有可能會不利于 水性聚氨酯在水中的分散性，而當多元醇的分子量小于80時，則引入的親水基團過少，進 而與中和劑生成的鹽也就相對較少，結果出現水溶性聚氨酯的水溶性偏低的現象。而優(yōu)選 1，4- 丁二醇、一縮二乙二醇、1，5-戊二醇、三羥甲基丙烷則是綜合權衡了生產成本、水溶性 聚氨酯的水溶性和分散性三個因素。
[0027] 上述原料的中的各組分均可采用現有技術中常用的材料，本申請綜合考慮反應性 能以及成本的基礎上，優(yōu)選上述多異氰酸酯為脂肪族異氰酸酯或芳香族異氰酸酯，進一步 優(yōu)選六亞甲基二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯；優(yōu)選親水性擴鏈劑為含活性氫的離子型 親水化合物或含活性氫的非離子型親水化合物，進一步優(yōu)選離子型親水化合物物優(yōu)選為羧 基型親水化合物、磺酸基型親水化合物、磷酸基型親水化合物或季銨鹽型親水化合物，最優(yōu) 選2, 2-二羥甲基丙酸或2, 2二羥甲基丁酸；優(yōu)選中和劑為堿性化合物，優(yōu)選有機堿，進一步 優(yōu)選三乙胺；優(yōu)選催化劑為有機錫、有機鉍或鈦酸酯，進一步優(yōu)選二月桂酸二丁基錫或辛酸 亞錫。
[0028] 為了進一步提高水性聚氨酯所形成的涂層的表面能，優(yōu)選上述原料