[發(fā)明專利]一種葡萄糖改性水性聚氨酯乳液的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210060550.3
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102604036A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 史鐵鈞;章云冉
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;C08G18/66;C08G18/64;C08G18/44;C08G18/10;C09D175/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種環(huán)保型水性聚氨酯乳液制備的方法，具體地說是一種葡萄糖改性水性聚氨酯乳液的制備方法。

二、背景技術(shù)

聚氨酯包括溶劑型和水溶型兩類，溶劑型聚氨酯含有大量有機溶劑，使用時會有較大的毒性，對環(huán)境和人體造成一定的影響。隨著社會的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保意識不斷增強，這些不利因素和缺點促使世界各地的聚氨酯研究學者開始致力于水性聚氨酯的開發(fā)。水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì)，具有無毒、節(jié)約成本及易加工貯存等優(yōu)點，故日益受到人們的重視。這要求水性聚氨酯必須從原材料選用以及各個制備過程的環(huán)節(jié)都是環(huán)境友好、無毒無害的。對于聚氨酯的改性，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)做了大量相關(guān)工作，如環(huán)氧樹脂改性，有機硅改性等。然而這些改性方法中仍使用了對人體有害有毒的物質(zhì)，尚未從源頭解決問題。

在聚氨酯合成過程中所用的原料多元醇大體分為聚醚多元醇和聚酯多元醇，普通聚酯型的聚氨酯耐光性和力學性能較好；聚醚型聚氨酯的耐水性較聚酯型的好，但力學性能卻遠沒有聚酯型聚氨酯優(yōu)秀。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種葡萄糖改性水性聚氨酯乳液的制備方法，所要解決的技術(shù)問題是在保證聚氨酯乳液力學性能的前提下提高聚氨酯乳液的耐水性能和耐熱性能。

本發(fā)明采用聚碳酸酯二元醇和異佛爾酮二異氰酸酯作為主要原料，并采用產(chǎn)量豐富、價格低廉的天然多羥基化合物葡萄糖作為內(nèi)交聯(lián)劑，先制備出聚氨酯預聚體，聚合反應時，再將葡萄糖中的羥基引入聚氨酯的分子鏈上，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有更高的活性，使得乳液的耐水性能和耐熱性能得到改善。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明葡萄糖改性水性聚氨酯乳液的制備方法，包括預聚、擴鏈、中和和乳化各單元過程，其特征在于：

所述預聚是將異佛爾酮二異氰酸酯和聚碳酸酯二元醇混合，反應體系升溫至85℃后滴加催化劑二月桂酸二丁錫，反應3小時后得到聚氨酯預聚體，反應的過程中可以加入丙酮稀釋反應液降低粘度以防凝膠或暴聚；

所述擴鏈是將聚氨酯預聚體降溫至70℃，向反應液中加入親水擴鏈劑和葡萄糖的DMF溶液(N，N′-二甲基甲酰胺)，繼續(xù)反應至體系中-NCO含量不再變化；所述親水擴鏈劑為二羥甲基丙酸和1，4-丁二醇；

所述中和是將擴鏈后的反應液降溫至30℃并加入TEA(三乙胺)中和反應30min；

所述乳化是將中和后的反應液降至室溫，隨后加入-5～5℃的去離子水使得反應液固含量為35％，攪拌(轉(zhuǎn)速＞2000r/min)使反應液乳化，減壓蒸餾脫除溶劑即得產(chǎn)品；

所述異佛爾酮二異氰酸酯中異氰酸根與聚碳酸酯二元醇、親水擴鏈劑和內(nèi)交聯(lián)劑葡萄糖中總羥基的摩爾比(R＝-NCO/-OH)為1-2∶1；

催化劑二月桂酸二丁錫的添加量為異佛爾酮二異氰酸酯和聚碳酸酯二元醇總質(zhì)量的1％；

二羥甲基丙酸的添加量為異佛爾酮二異氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、親水擴鏈劑和葡萄糖總質(zhì)量的6％；

葡萄糖的添加量為異佛爾酮二異氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、親水擴鏈劑和葡萄糖總質(zhì)量的2.5-5.5％；

三乙胺的摩爾量與二羥甲基丙酸的摩爾量相等；

本發(fā)明計算投料量時，硬段和軟段的質(zhì)量比為1∶1；其中硬段由異佛爾酮二異氰酸酯、親水擴鏈劑和葡萄糖組成，軟段為聚碳酸酯二元醇。

所述聚碳酸酯二元醇的數(shù)均分子量為2000，羥值為56mgKOH/g，結(jié)構(gòu)通式為

所述異佛爾酮二異氰酸酯中異氰酸根與聚碳酸酯二元醇、親水擴鏈劑和葡萄糖中總羥基的摩爾比優(yōu)選1.3∶1，葡萄糖的添加量優(yōu)選為異佛爾酮二異氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、親水擴鏈劑和葡萄糖總質(zhì)量的3.5％。

作為一種葡萄糖改性的水性聚氨酯涂料用乳液，經(jīng)研究表明，此聚合物的熱分解溫度達到340℃左右，相比改性前聚氨酯(熱分解溫度為284℃左右)的耐熱性有了明顯的提高。在R值(異氰酸根和羥基的摩爾比)為1.3∶1，葡萄糖添加量為異佛爾酮二異氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、親水擴鏈劑和葡萄糖總質(zhì)量的3.5％時，乳液的穩(wěn)定性、耐水性、耐熱性等綜合性能達到最優(yōu)。

將本發(fā)明制得的水性聚氨酯乳液倒入玻璃模板上，水平放置，室溫下晾干成膜，再放入烘箱中于50℃干燥3-4天，取出放于干燥器中備用。

【檢測方法】

1、預聚體中-NCO含量的測定：