一种亲水性单组份水固化聚氨酯及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种亲水性单组份水固化聚氨酯及其制备方法，采用阴离子开环聚合手段，以聚乙二醇为起始二元醇，在KOH存在的条件下，与环氧丙烷进行开环聚合，通过调节聚乙二醇分子量、聚乙二醇加入量以及环氧丙烷加入量，合成具有不同分子量及亲疏水链段长度的多元醇；在催化剂的作用下，将多元醇与异氰酸酯反应，加入适量的增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，制备出端基为-NCO基团的聚氨酯预聚体；预聚体与水以一定比例混合，得到单组份水固化聚氨酯。本发明方法简单，操作简便，所得产品固含量高、固化速度快、保水量高、储存稳定性好，且具有良好的柔韧性、耐候性、耐酸碱性，在治理水土流失和制备防水材料等方面有广阔的应用前景。
【专利说明】一种亲水性单组份水固化聚氨酯及其制备方法 (一）
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚氨酯，属于材料和化工领域，具体地说是一种亲水性单组份水 固化聚氨酯及其制备方法。 (二）
【背景技术】
[0002] 聚氨酯固化后涂膜具有良好的装饰性、优异的粘结性、耐摩擦性、高弹性、和光泽 度，深受市场和广大消费者亲睐。目前使用较多的是溶剂型聚氨酯。近年来由于人们对环 境保护的需要，低挥发性有机化合物（V0C)含量的聚氨酯日益引起人们的广泛关注。低V0C 含量聚氨酯性能的改善主要体现在以下两个方面：1)提高聚氨酯固含量来最大限度的减 少溶剂用量，降低V0C含量；2)减少聚氨酯中游离异氰酸酯单体含量，开发高性能、无毒的 聚氨酯。
[0003] 近年来，单组份水固化聚氨酯的研究日益活跃，水固化聚氨酯以水为固化剂，施工 方便且无毒、无味、无污染，既保持了溶剂型聚氨酯优良的物理机械性能，同时所需溶剂少， 因此溶剂的挥发大大降低，对环境的影响小，更为环保。但单组份水固化聚氨酯固含量低、 固化时间长、保水量低。 (三）
【发明内容】
[0004] 本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种亲水性单组份水固化聚氨酯 的制备方法，解决了单组份水固化聚氨酯固含量低、固化速度慢、保水量低的问题。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] -种亲水性单组份水固化聚氨酯，采用阴离子开环聚合手段，以聚乙二醇作为起 始二元醇，在Κ0Η存在的条件下，与环氧丙烷进行开环聚合，通过调节聚乙二醇分子量、聚 乙二醇加入量以及环氧丙烷加入量，合成具有不同分子量及亲疏水链段长度的多元醇；在 催化剂的作用下，将制备出的多元醇与异氰酸酯反应，再加入适量的增塑剂、抗氧化剂、紫 外线吸收剂混合，降至室温，出料后加入稀释剂，制备出制备出端基为-NC0基团的聚氨酯 预聚体；将聚氨酯预聚体和水按照质量份数1 : 1-1 : 35进行反应，得到亲水性单组份水 固化聚氨酯；
[0007] 所述聚氨酯预聚体原料组成及各组分质量份数如下：
[0008] 聚乙二醇：20-60份；Κ0Η :0. 2-5份；环氧丙烷：3-20份；催化剂：0. 2-1份；异氰酸 酯：0. 6-25份；增塑剂：0-2份；抗氧化剂：1-5份；紫外线吸收剂：0. 1-1份；稀释剂：4-18 份。
[0009] 其中所述的聚乙二醇分子量范围是1000-10500。
[0010] 其中所述的催化剂为三乙胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或两种。
[0011] 其中所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。
[0012] 其中所述的增塑剂为三甘醇或四甘醇的脂肪族二酯、邻苯二甲酸二异辛酯、癸二 酸二烷基酯、乙二酸二烷基酯、磷酸三有机酯中的一种或几种。
[0013] 其中所述的抗氧化剂为苯酚类、酚类、膦类、酯类有机物中的一种或几种。
[0014] 其中所述的紫外线吸收剂由0-80份的苯并三唑和20-100份的苯酮组成。
[0015] 其中所述的稀释剂为丙酮、丁酮中的一种或两种。
[0016] -种亲水性单组份水固化聚氨酯的制备方法，包括步骤如下：
[0017] 1)按照上述质量份数称取各组分；
[0018] 2)将聚乙二醇与Κ0Η加入到四口烧瓶中，在真空度为0. IMPa、温度为100-120°C油 浴条件下脱水l_3h，降温至70°C -90°C ;
[0019] 3)将冷凝管、温度计及氮气接口接入到四口烧瓶中，抽真空及氮气置换3-5次，以 除尽四口烧瓶内的空气；保持该温度不变，在氮气保护的条件下，利用恒压滴液漏斗滴加上 述质量份数的环氧丙烷，滴加完毕后继续反应直至无回流现象，冷却至室温，得粗多元醇；
[0020] 4)向步骤3)的粗多元醇中加入二氯甲烷，利用真空抽滤装置，用硅藻土代替滤纸 以除去Κ0Η，调节pH为5-6,并加入干燥剂、浓缩得到多元醇；
[0021] 5)将步骤4)得到的多元醇加入到装有温度计、电搅拌器的三口烧瓶中，升高温度 至50-75°C，加入上述质量份数的催化剂、异氰酸酯，反应1. 5-3h，再加入上述质量份数的 增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，继续反应l_2h，降低温度至室温，加入稀释剂，得到端基 为-NC0基团的聚氨酯预聚体；
[0022] 6)将步骤5)制备的聚氨酯预聚体和水按照质量份数1 : 1-1 : 35进行反应，得 到亲水性单组份水固化聚氨酯；
[0023] 其中步骤4)所述的干燥剂为硫酸镁、氯化钙、氯化镁中的一种或几种。
[0024] 本发明方法简单，操作简便，所得产品固含量在80% -89%、保水量> 35,与水混 合后固化时间为30s-1800s，而且具有良好的柔韧性、耐候性、耐酸碱性以及储存稳定性，在 治理水土流失和制备防水材料等方面有广阔的应用前景。，
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例1中聚氨酯预聚体的FT-IR图。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的描述。
[0027] 本发明的亲水性单组份水固化聚氨酯原料组成为：聚乙二醇、Κ0Η、环氧丙烷、催化 齐?、异氰酸酯、增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、稀释剂、干燥剂和水。
[0028] 其中，增塑剂为三甘醇或四甘醇的脂肪族二酯、邻苯二甲酸二异辛酯、癸二酸二烷 基酯、乙二酸二烷基酯、磷酸三有机酯中的一种或几种；抗氧化剂为苯酚类、酚类、膦类、酯 类等有机物中的一种或几种；紫外线吸收剂由0-80份的苯并三唑和20-100份的苯酮组成。
[0029] 采用美国Nicolet公司生产的Avatar370FT_IR型红外光谱仪测试本发明制备的 聚氨酯预聚体的FT-IR红外光谱。
[0030] 实施例1 :
[0031] 1)将20. 12g聚乙二醇2000、0.95g Κ0Η加入到四口烧瓶中，在真空度为0· IMPa、 温度为110°c油浴条件下脱水2h，降温至85°C ;
[0032] 2)将冷凝管、温度计及氮气接口接入到四口烧瓶，抽真空及氮气置换3次，以除尽 四口烧瓶内的空气；保持该温度不变，在氮气保护的条件下，利用恒压滴液漏斗滴加5. 83g 环氧丙烷，滴加完毕后继续反应直至无回流现象，冷却至室温，得粗多元醇；
[0033] 3)向步骤3)的粗多元醇中加入100mL的二氯甲烧，利用真空抽滤装置，用硅藻土 代替滤纸以除去K0H，调节pH为5,并加入干燥剂硫酸镁，浓缩得到多元醇；
[0034] 4)将步骤3)得到的多元醇加入到装有温度计、电搅拌器的三口烧瓶中，升高温度 至55°C的条件下，加入0. 81g三乙胺催化剂、3. 52g甲苯二异氰酸酯，反应2h，再加入1. 15g 增塑剂、1. 45g抗氧化剂、0. 75g紫外线吸收剂，保温反应2h，降低温度至室温，加入6mL丙 酮，得到端基为-NC0基团的聚氨酯预聚体；
[0035] 5)称取步骤4)所得聚氨酯预聚体5. 00g，与100mL水混合，制得亲水性单组份水 固化聚氨酯。利用磁力搅拌器混合均匀，倒入模具成膜，测试其性能，结果列于下表中：
[0036]
【权利要求】
1. 一种亲水性单组份水固化聚氨酯及其制备方法，其特征在于，采用阴离子开环聚合 手段，以聚乙二醇作为起始二元醇，在KOH存在的条件下，与环氧丙烷进行开环聚合，通过 调节聚乙二醇分子量、聚乙二醇加入量以及环氧丙烷加入量，合成具有不同分子量及亲疏 水链段长度的多元醇；在催化剂的作用下，将制备出的多元醇与异氰酸酯反应，再加入适量 的增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，降至室温，出料后加入稀释剂，制备出端基为-NCO基 团的聚氨酯预聚体；将聚氨酯预聚体和水按照质量份数1 : 1-1 : 35进行反应，得到亲水 性单组份水固化聚氨酯； 所述聚氨酯预聚体的原料组成及各组分质量份数如下： 聚乙二醇：20-60份；KOH :0. 2-5份；环氧丙烷：3-20份；催化剂：0. 2-1份；异氰酸酯： 0. 6-25份；增塑剂：0-2份；抗氧化剂：1-5份；紫外线吸收剂：0. 1-1份；稀释剂：4-18份。
2. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的聚乙二 醇分子量范围是1000-10500。
3. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的催化剂 为三乙胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或两种。
4. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的异氰酸 酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。
5. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的增塑剂 为三甘醇或四甘醇的脂肪族二酯、邻苯二甲酸二异辛酯、癸二酸二烷基酯、乙二酸二烷基 酯、磷酸三有机酯中的一种或几种。
6. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的抗氧化 剂为苯酚类、酚类、膦类、酯类有机物中的一种或几种。
7. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的紫外线 吸收剂由0-80份的苯并三唑和20-100份的苯酮组成。
8. 根据权利要求书1所述的亲水性单组份水固化聚氨酯，其特征在于，所述的稀释剂 为丙酮、丁酮中的一种或两种。
9. 一种亲水性单组份水固化聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 按照上述质量份数称取各组分； 2) 将聚乙二醇与KOH加入到四口烧瓶中，在真空度为0. IMPa、温度为100-120°C油浴条 件下脱水l_3h，降温至70°C -90°C ; 3) 将冷凝管、温度计及氮气接口接入到四口烧瓶，抽真空及氮气置换3-5次，以除尽四 口烧瓶内的空气；保持该温度不变，在氮气保护的条件下，利用恒压滴液漏斗滴加上述质量 份数的环氧丙烷，滴加完毕后继续反应，直至无回流现象，冷却至室温，得粗多元醇； 4) 向步骤3)的粗多元醇中加入二氯甲烷，利用真空抽滤装置，用硅藻土代替滤纸除去 KOH，调节pH为5-6,并加入干燥剂、浓缩得到多元醇； 5) 将步骤4)中的多元醇加入到装有温度计、电搅拌器的三口烧瓶中，升高温度至 50-75°C，加入上述质量份数的催化剂、异氰酸酯，反应1. 5-3h，再加入上述质量份数的增 塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，继续反应l_2h，降低温度至室温，加入稀释剂，得到端基 为-NCO基团的聚氨酯预聚体； 6) 将步骤5)制备的聚氨酯预聚体和水按照质量份数1 : 1-1 : 35进行反应，得到亲 水性单组份水固化聚氨酯。
10.根据权利要求9所述的亲水性单组份水固化聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述 的干燥剂为硫酸镁、氯化钙、氯化镁中的一种或几种。
【文档编号】C08G18/76GK104140518SQ201410350004
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】仝利, 张伟强, 李红莲, 赵红 申请人:青岛润国生态科技发展有限公司, 山东润国生态科技工程有限公司