[發(fā)明專利]源于天然脂肪酸的硅雜化的水性聚氨酯及其制備方法

有效

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• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103059246A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 許凱;劉新;陳鳴才;吳建成;彭軍
• 申請（專利權）人: 中科院廣州化學有限公司
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/46;C08G18/34;C08G18/32;C08G63/695;C09J175/06;C08J7/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉;蘇運貞

技術領域

本發(fā)明屬于高分子材料的聚氨酯領域，特別涉及一種源于天然脂肪酸的硅雜化的水性聚氨酯及其制備方法。

背景技術

水性聚氨酯具有無毒、不燃、不污染環(huán)境的特性。然而，由于水性聚氨酯分子結構中含有親水基團，導致水性聚氨酯材料極容易吸收水分。水分滲透傳遞到水性聚氨酯分子結構中，對水性聚氨酯材料造成兩種影響：（1）水對水性聚氨酯材料產(chǎn)生增塑作用。增塑后，水性聚氨酯分子內以及分子間的氫鍵作用下降，導致水性聚氨酯材料力學性能下降，材料形狀也可能變形。這是可逆過程。（2）水性聚氨酯分子主鏈發(fā)生斷裂。主鏈結構斷裂后，水性聚氨酯的分子量降低，降低了力學強度，甚至會使聚氨酯材料完全失效。這是不可逆過程。耐水性不好和耐水解性差等問題均阻礙了水性聚氨酯在工業(yè)領域中的大規(guī)模應用，也使得水性聚氨酯在使用過程中可能成為潛在的危險體。

現(xiàn)階段，水性聚氨酯的原料來自石化資源。然而，隨著石化資源日益殆盡，水性聚氨酯的發(fā)展肯定會受到影響。利用天然可再生資源全部代替或部分代替聚氨酯的石化原料，可以解決受限于石化資源這一瓶頸。

脂肪酸是眾多生物質資源中的一種，主要存在于動植物油中。脂肪酸來源豐富，價格低廉。二聚酸全稱是二聚脂肪酸，由兩個C18不飽和脂肪酸（如油酸、亞油酸等）在催化劑存在下，經(jīng)Diels-Alder聚合反應而生成的二元羧酸。商品二聚酸是以C36二聚體為主的混合物（C36二聚體的摩爾含量≥92%），其中，含有少量的C54三聚體，部分異構化的C18單體。在制備二聚酸的過程中，由于所用原料C18不飽和脂肪酸中含有一個雙鍵的油酸和兩個雙鍵的亞油酸，實際上生產(chǎn)出來的二聚酸將含有非環(huán)結構和環(huán)狀結構。其比例視原料中的油酸和亞油酸的含量而定。油酸含量高則非環(huán)結構多，亞油酸含量高則環(huán)狀結構多，商品二聚酸實際上是多種復雜結構的混合物。二聚酸的長鏈脂肪烴結構和非結晶等性，賦予二聚酸型高分子材料具有高度耐水性、耐水解性和極低溫下的柔韌性和潤滑性。另外，飽和羥基脂肪酸分子結構含有羥基和羧基，通過自縮合聚合反應可以形成一系列不同分子量的聚羥基脂肪酸。相對于其他脂肪酸，飽和羥基脂肪酸引入高分子體系，可以提高樹脂的熱穩(wěn)定性。并且，飽和羥基脂肪酸在高分子體系中通過自組裝行為可以形成微晶纖維結構。二聚酸和飽和羥基脂肪酸均來源于天然資源，可再生、可降解、用以制備高分子材料減少環(huán)境的污染和石化資源的使用。

有機硅樹脂是以Si-O-Si為主鏈，硅原子上連接有機基團的交聯(lián)型半無機高聚物，由多官能團的有機硅經(jīng)水解縮聚而制成。有機硅樹脂具有優(yōu)異的耐熱性及耐候性，兼具優(yōu)良的電絕緣性、耐化學藥品性、憎水性及阻燃性，還可通過改性獲得其他性能。多面體齊聚倍半硅氧烷（POSS）是一類三維立體結構的有機/無機物。分子式為（RSiO_1.5）_n（n=6、8、12等），R可為烷基、芳基、氨基、羥基、烯基、異氰酸酯基等。典型的POSS是籠形立方體結構，8個R基可以相同、也可以不同。POSS作為有機/無機雜化材料，具有表面效應、小尺寸效應、納米量子尺寸效應等特殊性質。將POSS引入高分子體系中，能夠在納米尺度上改性聚合物，提高高分子材料的耐水性、耐水解性、耐候性、熱穩(wěn)定性以及力學強度等性能。

隨著人們對環(huán)境保護意識的加強以及石化資源日益耗盡，不僅對低碳節(jié)能、污染少、高附加值、高功能化的產(chǎn)品呼聲日益強烈，對材料的要求也越來越高，綠色且高性能的生物質基高分子材料必將受到越來越高的重視。

發(fā)明內容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種源于天然脂肪酸的硅雜化的水性聚氨酯的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供通過上述制備方法制備得到的源于天然脂肪酸的硅雜化的水性聚氨酯。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種源于天然脂肪酸的硅雜化的水性聚氨酯的制備方法，包括如下步驟：

（1）源于天然脂肪酸的硅雜化的聚酯多元醇的制備：將100份二聚酸、10～25份十二羥基硬脂酸、5～17份八羥丙基倍半硅氧烷和18～25份新戊二醇進行縮聚反應得到源于天然脂肪酸的硅雜化的聚酯多元醇。