[發明專利]一種蓖麻油改性封端型水性聚氨酯的制備方法

無效

• 申請號: 201110415549.3
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102516496A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 李青山;于偉岸
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C08G18/83
• 分類號: C08G18/83;C08G18/67;C08G18/66
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域?本發明涉及一種水性聚氨酯乳液的制備方法。

背景技術??聚氨酯產品多是以溶劑型為主，在生產和使用時造成環境污染且具有毒性。近年來隨著人們環保意識的增強，環保法律法規的頒布，促使科研人員轉向開發環保的水性聚氨酯材料。聚氨酯工業的快速發展，由此引發的環保問題及所帶來的很多社會性問題也引起世界各國的注意，同時石油價格的持續走高和有機溶劑所帶來的成本壓力，也促使人們開發環保、價格低廉的WPU材料。

水性聚氨酯(WPU)既具有溶劑型聚氨酯耐低溫、耐磨性好、粘著力強等優點，又具有無污染、低揮發、運輸安全、工作環境好等特點，以水作為溶劑取代了有機溶劑，可以滿足環保無揮發性有機物(VOC,?volatile?organic?compound)排放的要求，此外在不改變有機溶劑型使用工藝前提下保持了有機溶劑型產品性能。水性聚氨酯分散體的低VOC含量，符合發展綠色工業的“三前提”(資源、能源、無污染)及“四E”原則(經濟ECONOMY、效率EFFICIENCY、生態ECOLOGY、能源ENERGY)。世界范圍內日益高漲的環保要求，加快了水性聚氨酯工業的快速發展，水性聚氨酯在涂飾劑、水性漆、涂料、材料涂層、配伍劑等領域有著重要發展空間，是溶劑型聚氨酯的主要替代品之一。

蓖麻油是一種植物油，價格低廉，來源豐富，無毒性的可再生農業資源，在石油及化石資源日益緊張的今天，可作為部分多元醇的替代品；蓖麻油的主要成分是高級脂肪酸的甘油三酸酯，脂肪酸中80?%~90?%是蓖麻油酸(9-烯基-12羥基十八酸)，蓖麻油羥值163mgKOH/g，含羥基4.94?%，羥基摩爾數為345，根據羥值推算可認為蓖麻油平均官能度為2.7，蓖麻油的這種結構使其在聚氨酯合成中既能作為軟段又能起到交聯劑的作用，此外蓖麻油的支鏈還含有大量的不飽和碳碳雙鍵，可以為其進一步接枝改性提供活性點，進一步提高涂膜的性能，目前還未見有這方面制備技術的報導。

??發明內容

本發明的目的在于提供一種新型環保，能替代石油化工多元醇制備的蓖麻油改性封端型水性聚氨酯的制備方法。

本發明主要是利用天然的蓖麻油合成聚氨酯預聚體，然后利用亞硫酸氫鈉對剩余的異氰酸酯基團進行封端，最后加水乳化制備出性能穩定的水性聚氨酯乳液。

本發明的制備方法如下：

1、原料

主要原料的化學成分質量百分比wt%為：蓖麻油7.8~20?%、二苯基二異氰酸酯10~20%、聚醚多元醇40~60?%、三乙胺3~0.5?%、二羥甲基丙酸3.2~6?%、亞硫酸氫鈉0.5~1.5?%、N-N二甲基甲酰胺0.3~1?%。

其中：蓖麻油、二苯基二異氰酸酯的質量純度為工業級，聚醚多元醇、三乙胺、二羥甲基丙酸和亞硫酸氫鈉的質量純度為化學純。

2、制備方法

將脫水后的蓖麻油和聚醚多元醇加入到封閉的反應器中，加熱到60-80?℃使之溶解，然后將二羥甲基丙酸和二苯基二異氰酸酯用N-N二甲基甲酰胺充分溶解后，將該混合溶液滴入反應器，反應1-2?h；用二正丁胺法測定-NCO值，當-NCO含量達到2~4?%之后，得到聚氨酯預聚體；再將其冷卻到30～40?℃，加入三乙胺中和，中和度在100-200?%，以100-150?rpm/min的速度攪拌0.5-1?h；將亞硫酸氫鈉用比例為1:?3的去離子水和異丙醇混合，溶解后滴入反應器進行封端反應1-2?h，n(NaHSO₃):?n(NCO)在0.2-0.8?之間；然后再加入去離子水攪拌乳化，加入速度為20-50ml/min，最后蒸出丙酮，以去離子水調節至質量分數為30～40?%，即可得蓖麻油改性亞硫酸氫鈉封端的水性聚氨酯乳液。

由于蓖麻油的主要成分是高級脂肪酸的甘油三酸酯，脂肪酸中80?%~90%是蓖麻油酸(9-烯基-12羥基十八酸)，蓖麻油羥值163?mgKOH/g，含羥基4.94?%，羥基摩爾數為345，根據羥值推算可認為蓖麻油平均官能度為2.7，可做為石油化工聚多元醇的替代原料，還可使分子鏈產生一定的化學交聯，增強了水性聚氨酯的力學性能，同時利用亞硫酸氫鈉對其進行封端形成熱敏鍵，可提高與基質的連接作用。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、用天然蓖麻油作為水性聚氨酯中多元醇的替代組分，可減少有機溶劑的使用，減少環境污染，并且可降低成本

2、用蓖麻油進行改性水性聚氨酯形成的膠膜，吸水性降低，可提高水性聚氨酯的耐水性。