蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法。
【背景技术】
[0002]封闭型聚氨酯广泛应用于涂料、胶粘剂和表面涂饰等行业，然而合成封闭型聚氨酯时大多使用有机溶剂，造成环境的污染和资源的浪费。目前，随着国内外对环境和安全问题的广泛重视，人们环保意识的日益增强和各国安全、环保法规的确定和日益强化，传统溶剂型聚氨酯的应用越来越受到限制，水性聚氨酯以其VOC含量低，性能优异的特点而取代溶剂型聚氨酯将成为大势所趋，作为聚氨酯的重要组成部分，封闭型聚氨酯也有相同的趋势。
[0003]植物油及其脂肪酸是较重要的再生资源之一，蓖麻油(C.0.)是脂肪酸的三甘油酯，脂肪酸中90%是蓖麻油酸(9-烯基-12-羟基十八酸)，分子中带有羟基，可用于代替聚酯或聚醚多元醇与异氰酸酯反应，制备具有交联结构的聚氨酯树脂。C.0.组分中长链非极性脂肪酸链使涂膜具有较好的疏水作用，同时赋予涂层良好的柔软性和耐曲挠性以及耐寒性。脂肪酸中的不饱和碳碳双键，可通过氧化交联，形成高性能自交联聚合物材料。C.0.为原料合成高度自交联的封闭型水性聚氨酯，可以提高封闭型水性聚氨酯的物理性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，科学合理、简单易行，制得的产品具有VOC含量低、性能优异的特点。
[0005]本发明所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法是使用蓖麻油、聚乙二醇、亲水扩链剂在亲水性溶剂中与二异氰酸酯反应，得到端NCO基的聚氨酯预聚物;再使用封闭剂与上述预聚物进行封端反应，得到封闭型聚氨酯预聚物;最后经过与中和剂进行中和反应后，在去离子水中进行分散，得到蓖麻油基封闭型水性聚氨酯。
[0006]所述的聚乙二醇(PEG)为PEGl 000或PEG2000中的一种或两种。
[0007]所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TD1-80)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或4，4’_二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种。
[0008]所述的亲水溶剂为N甲基吡咯烷酮(NMP)，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸(DMPA)，封闭剂为甲乙酮肟(MEKO)，中和剂为三乙胺(TEA)。
[0009]本发明所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，步骤如下:
[0010](I)将蓖麻油、聚乙二醇和亲水扩链剂放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在1001真空脱水111后，加入亲水溶剂和二异氰酸酯([%0]/[0!1] = 1.5)，亲水溶剂的水分含量在0.05 %以内，在氮气保护下反应直至其NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物，其中NCO含量采用二正丁胺法测定(ASTM D 2572-97)；
[0011](2)在上一步的产物中加入封闭剂反应，得到封闭型聚氨酯预聚物；
[0012](3)在上一步的产物中加入中和剂进行中和，在搅拌下加入去离子水进行分散得到蓖麻油基封闭型水性聚氨酯。
[0013]步骤(I)中所述的反应温度为75_85°C，反应时间为2_3h。
[0014]步骤(2)中所述的反应温度为75_85°C，反应时间为2_3h。
[0015]步骤(3)中所述的中和温度为55_65°C，中和时间为0.5_lh。
[0016]步骤(3)中所述的搅拌的速度为4000-8000r/min。
[0017]本发明制得的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的固含量为20-40%。
[0018]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0019]1、本发明溶剂为水，是封闭型聚氨酯的水分散液，具有VOC含量低、性能优异的特点。
[0020]2、本发明采用的蓖麻油是一种比较重要的再生资源，以其为原料合成的封闭型水性聚氨酯具有高度自交联的特点。
[0021]3、使用本发明产品得到的聚氨酯涂膜耐热性、体积电阻率、拉伸强度和断裂伸长率均较好。
【具体实施方式】
[0022]以下结合实施例对本发明做进一步描述。
[0023]实施例1
[0024]将计量好的蓖麻油、PEG1000和DMPA放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在100°C真空脱水Ih后，加入计量的NMP(经过干燥，水分含量在0.05%以内)和TDI_80( [NC0]/[0H] = 1.5)在氮气保护下80°C反应2h，直至其NCO含量达到理论值，得到质量浓度为50%的端NCO基的聚氨酯(PU)预聚物;继续加入计量的MEKO反应，在80°C下反应2h，得到封闭型聚氨酯预聚物(BPU);在60°C下加入三乙胺中和反应0.5h后，在转速4000r/min的搅拌下加入去离子水进行分散得到固含量为30%的封闭型聚氨酯水分散液(BPUD)。
[0025]实施例2
[0026]将计量好的蓖麻油、PEG2000和DMPA放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在100°C真空脱水Ih后，加入计量的匪P(经过干燥，水分含量在0.05%以内)和已加热融化的纯1?1([%0]/[0!1] = 1.5)在氮气保护下75°(3反应311，直至其％0含量达到理论值，得到质量浓度为60%的端NCO基的聚氨酯(PU)预聚物;继续加入计量的MEKO反应，在75°C下反应3h，得到封闭型聚氨酯预聚物(BPU);在55°C下加入三乙胺中和反应Ih后，在转速8000r/min的搅拌下加入去离子水进行分散得到固含量为20%的封闭型聚氨酯水分散液(BPUD)。
[0027]实施例3
[0028]将计量好的蓖麻油、PEG1000、PEG2000和DMPA放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在100°C真空脱水Ih后，加入计量的NMP(经过干燥，水分含量在0.05%以内)和IPDI([%0]/[0!1] = 1.5)在氮气保护下85°(3反应211，直至其％0含量达到理论值，得到质量浓度为70%的端N⑶基的聚氨酯(PU)预聚物;继续加入计量的MEKO反应，在85°C下反应2h，得到封闭型聚氨酯预聚物(BPU);在65°C下加入三乙胺中和反应0.5h后，在转速6000r/min的搅拌下加入去离子水进行分散得到固含量为40%的封闭型聚氨酯水分散液(BPUD)。
【主权项】
1.一种蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于使用蓖麻油、聚乙二醇、亲水扩链剂在亲水性溶剂中与二异氰酸酯反应，得到端NCO基的聚氨酯预聚物;再使用封闭剂与上述预聚物进行封端反应，得到封闭型聚氨酯预聚物;最后经过与中和剂进行中和反应后，在去离子水中进行分散，得到蓖麻油基封闭型水性聚氨酯。2.根据权利要求1所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于所述的聚乙二醇为PEG1000或PEG2000中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或4，4 ’ -二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种。4.根据权利要求1所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于所述的亲水溶剂为N甲基吡咯烷酮，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸，封闭剂为甲乙酮肟，中和剂为三乙胺。5.根据权利要求1-4任一所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于步骤如下: (1)将蓖麻油、聚乙二醇和亲水扩链剂放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在100°〇真空脱水Ih后，加入亲水溶剂和二异氰酸酯，亲水溶剂的水分含量在0.05%以内，在氮气保护下反应直至其NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物，其中NCO含量采用二正丁胺法测定； (2)在上一步的产物中加入封闭剂反应，得到封闭型聚氨酯预聚物； (3)在上一步的产物中加入中和剂进行中和，在搅拌下加入去离子水进行分散得到蓖麻油基封闭型水性聚氨酯。6.根据权利要求5所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于步骤(I)中所述的反应温度为75-85°C，反应时间为2-3h。7.根据权利要求5所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述的反应温度为75-85°C，反应时间为2-3h。8.根据权利要求5所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于步骤(3)中所述的中和温度为55-65°C，中和时间为0.5-lh。9.根据权利要求5所述的蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法，其特征在于步骤(3)中所述的搅拌的速度为4000-8000r/min。
【专利摘要】本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种蓖麻油基封闭型水性聚氨酯的合成方法。使用蓖麻油、聚乙二醇、亲水扩链剂在亲水性溶剂中与二异氰酸酯反应，得到端NCO基的聚氨酯预聚物；再使用封闭剂与上述预聚物进行封端反应，得到封闭型聚氨酯预聚物；最后经过与中和剂进行中和反应后，在去离子水中进行分散，得到蓖麻油基封闭型水性聚氨酯。本发明采用的蓖麻油是一种比较重要的再生资源，以其为原料合成的封闭型水性聚氨酯具有高度自交联的特点。使用本发明产品得到的聚氨酯涂膜耐热性、体积电阻率、拉伸强度和断裂伸长率均较好。
【IPC分类】C08G18/12, C08G18/28, C08G18/34, C08G18/36, C08G18/66, C09D175/08, C08G18/48
【公开号】CN105504206
【申请号】CN201510981190
【发明人】刘军, 宁晓龙, 念以亭, 马海晶
【申请人】山东一诺威新材料有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月24日