一种天然单糖化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法
【专利说明】一种天然单糖化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于高分子化学材料领域，具体地说，涉及一种天然单糖化合物改性水性聚氨酯乳液制备方法。
【背景技术】
[0003]聚氨酯是一种多功能高分子材料，其原料品种多样，分子结构可调节，在泡沫塑料、弹性体、胶黏剂、涂料等多个领域得到广泛的应用。聚氨酯材料具有优良的柔韧性、耐冲击性、耐溶剂性，并且其耐磨性、耐低温性能特别优异。目前聚氨酯材料有溶剂型和水溶型两类。一般来说，溶剂型聚氨酯是以丙酮、丁酮、甲苯等为主要溶剂通过溶液聚合而成，这些溶剂都是有毒溶剂，因此在生产和使用过程中污染环境、安全系数低、对人的身体健康有很大的危害。随着社会进步和科学技术的发展，人们的环保意识不断的增强，研制高质量、无污染的环保型聚氨酯已成为发展趋势。
[0004]水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质，具有无毒、环保、廉价等优点，越来越受到人们的重视，在涂料、胶黏剂、皮革涂饰等领域得到了广泛的应用。然而由于水性聚氨酯材料合成过程中需要加入亲水试剂，引入了羧基或者是磺酸钠基团，导致聚氨酯存在粘度小、耐水性、耐热性差等一些缺点。目前国内关于合成水性聚氨酯的研究活动非常活跃。例如赖小娟(CN101845133A)公开了一种天然多羟基化合物改性水性聚氨酯乳液的制备方法；王新波(CN101429417A)公开了一种采用脂肪族异氰酸酯合成的高粘接性的水性聚氨酯胶粘剂；北田满等人(CN1350016A)公开了一种含聚氨酯水分散体的含水粘合剂，这些水性聚氨酯都有一定的粘接性，但是都避免不了胶膜的热力学性能不佳及耐水、耐溶剂、硬度较低等特点。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种廉价、工艺简单、环境友好的天然单糖改性水性聚氨酯乳液的制备方法，所要解决的技术问题是在能够保证聚氨酯乳液力学性能的前提下提高聚氨酯乳液的耐水性能和耐热性能。
[0006]本发明解决其问题所采用的技术方案是:
一种天然单糖改性水性聚氨酯乳液的制备方法，包括预聚、扩链、中和以及乳化步骤；所述预聚是将聚二醇放入干燥的反应器中，加热使反应瓶中的聚二醇熔融后，在120°C下抽真空除水lh，随后降温至70-80°C加入亲水试剂搅拌，再将二异氰酸酯加入到反应器中进行聚合反应。其中亲水试剂和聚乙二醇的物质的量之比为3:100-5:100，其中二异氰酸酯与聚乙二醇的物质的量之比为1.5:1-4:1,反应时间为l-5h ;
所述扩链是将扩链剂1，4- 丁二醇、天然单糖化合物的DMF溶液加入到反应瓶中，继续在上述温度下反应l_4h，其中1，4-丁二醇与聚二醇的物质的量之比为0.5:1-1.5:1 ;其中天然单糖化合物与聚二醇的物质的量之比为0.8:1-1.5:1 ；
所述中和是将扩链后的反应液降温至20°C -30°C并加入有机碱中和反应30min ;其中有机碱与亲水试剂的物质的量之比为1:1-1.2:1 ；
所述乳化是将中和后的反应液降温至20°C -30°C后，加入(TC -10°C去离子水，高速搅拌下使反应液乳化，最后减压蒸馏出去溶剂得到乳液。
[0007]在上述的制备方法中，所述的聚二醇为聚酯二元醇，且聚酯二元醇的相对分子质量为2000 ;聚酯二元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己内酯二元醇之一或任意二种混合物。
[0008]在上述的制备方法中，所述的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯之一或任意二种混合物。
[0009]在上述的制备方法中，所述的亲水试剂为羧酸盐型:为二羟基丙酸或二羟基丁酸之一 O
[0010]在上述的制备方法中，所述的天然单糖化合物为果糖、葡萄糖或半乳糖之一。
[0011]在上述所述的制备方法中，所述的有机碱为三乙胺、二乙胺、二异丙基胺或
A斧二异丙基乙胺之一。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
1.本发明制备工艺简单，反应条件温和，且产物性质稳定，生产成本低，有利于大规模工业化生产应用，因而具有广阔的应用前景。
[0013]2.本发明合成水性聚氨酯具有简单经济、绿色环保等优点，不会产生二次污染，因而具有绿色环保的社会价值理念。
[0014]3.本发明利用天然单糖化合物对水性聚氨酯进行改性，得到综合性能优异的聚氨酯材料，利用天然单糖参与反应将羟基引入到聚氨酯主链，能够形成复杂的结构，相比较传统水性聚氨酯来说，耐水性、耐热性、初粘力有了明显的提高。
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【附图说明】
[0016]图1为天然单糖化合物改性水性聚氨酯的红外谱图。
[0017]图2为天然单糖化合物改性水性聚氨酯的热重图，横坐标为温度T/°C，纵坐标为失重率TG/%。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0020]实施例1:
(I)将聚碳酸酯二元醇加入干燥的反应器中，加热使反应瓶中的聚二醇熔融后，在120°C下抽真空除水lh，随后降温至80°C，将二羟基丙酸加入反应瓶中搅拌lOmin，接着将异佛尔酮二异氰酸酯加入反应瓶中，在80°C氮气保护下反应4h。其中异佛尔酮二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇的物质的量之比为2:1，二羟基丙酸与聚碳酸酯二元醇的物质的量之比为 3:100 ; (2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应lh，随后将果糖(溶于DMF)加入反应器中，70°C反应3h，其中1，4- 丁二醇与聚碳酸酯二元醇为0.5: 1，果糖与聚碳酸酯二元醇的物质的量之比为1:1;
(3)将反应降温至25°C，加入三乙胺调节反应的pH值为7.5，高速剪切搅拌下加入温度为25°C的去离子水，即获得了天然单糖化合物改性的水性聚氨酯乳液。
[0021]实施例2:
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇加入到干燥的反应器中，加热使反应瓶中的聚二醇熔融后，在120°C下抽真空除水lh，随后降温至70°C，将二羟基丙酸加入反应瓶中搅拌lOmin，接着加入异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯，氮气保护下70°C反应4h，其中二羟基丙酸与聚己二酸丁二醇酯二元醇的物质的量之比为4:100，二异氰酸酯与聚己二酸丁二醇酯的物质的量之比为1.6:1，异佛尔酮二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯物质的量之比为 1:1 ;
(2)将扩链剂1，4-丁二醇加入反应0.5h，随后将果糖(溶于DMF)加入反应器中，70°C反应3h，其中1，4- 丁二醇与聚己二酸丁二醇酯二元醇为0.8:1，果糖与聚己二酸丁二醇酯二元醇的物质的量之比为0.8:1 ;
(3)将反应降温至25°C，加入三乙胺调节反应的pH值为7.5，高速剪切搅拌下加入温度为10°C的去离子水，即获得了天然单糖化合物改性的水性聚氨酯乳液。其红外检测、热重测试见图1和图2。
[0022]实施例3:
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇加入到干燥的反应器中