[發明專利]一種POSS雜化水性聚氨酯乳液及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202211212770.3
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115490864B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 孟祥偉;張寶春;尤磊;徐美玉
• 申請（專利權）人: 長興化學（天津）有限公司
• 主分類號: C08G77/458
• 分類號: C08G77/458;C09D183/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

本發明提供一種POSS雜化水性聚氨酯乳液及其制備方法和應用，所述POSS雜化水性聚氨酯乳液的制備原料包括支化預聚物、八氨基籠型倍半硅氧烷、酸類中和劑和溶劑的組合；且所述支化預聚物的制備原料包括碳酸甘油酯、酸酐類化合物和環氧類單體的組合；通過選擇碳酸甘油酯作為環碳酸基團的來源，將其形成的支化預聚物和八氨基籠型倍半硅氧烷在溶劑中通過點擊化學反應制備得到星型聚氨酯，再乳化即可得到所述POSS雜化水性聚氨酯乳液，具有無異氰酸酯毒性和星型結構的優點，同時還具有優異的熱穩定性、機械性能和疏水性。

技術領域

本發明屬于聚氨酯技術領域，具體涉及一種POSS雜化水性聚氨酯乳液及其制備方法和應用。

背景技術

聚氨酯材料在耐溫性、機械性能、耐候性、耐磨性能、防腐性能等方面性能突出，其在汽車涂料、家具涂料、地板涂料、皮革涂料、建筑涂料和防腐蝕涂料等領域有著廣泛的應用。然而傳統的聚氨酯通常是由異氰酸酯和多元醇反應得到，游離的異氰酸酯通常具有毒性，如常用的TDI，揮發性大，可通過呼吸道、皮膚等進入人體內，對人體的健康造成嚴重的危害；長期接觸，還可能會造成進行性肺功能損傷；同時，生產異氰酸酯的原料之一的光氣的毒性則更大。因此，傳統聚氨酯從原料、生產到使用的全過程均對環境和人的健康有很大的危害。

隨著人們環保、安全意識的增強，逐漸開始重視非異氰酸酯聚氨酯材料的開發與應用研究，涉及基礎原材料包括環碳酸酯低聚物、多元胺的合成研究，且通過不同的方法合成出一系列具有不同結構的二元環碳酸酯齊聚物，然后將這些齊聚物與二胺反應，合成了一系列線性聚氨酯；由多元環碳酸酯齊聚物與多元伯胺反應可以得到交聯型，在這方面，研究得最多，最典型的是將環氧大豆油轉變成相應的環碳酸酯化合物，然后與二元伯胺反應制備熱固性的聚氨酯；CN100593547A公開了一種使用天然可再生資源生成非異氰酸酯聚氨酯方法，將環氧大豆油及催化劑加入反應釜中，加入催化劑的量為環氧大豆油的3～5mol％，然后通入二氧化碳氣體，反應溫度在100～140℃，反應壓力為6～14個大氣壓，在攪拌的作用下開始反應，反應時間為25～40小時，生成環狀碳酸酯后與胺在70～80℃下進行混合，在100～110℃下成片7～8小時，在90～110℃溫度下硫化24～72小時，在室溫下放置7～9天；該發明是利用環氧大豆油和CO₂來替代石油化工產品經過兩步反應以合成非異氰酸酯聚氨酯，形成綠色的、清潔的、高效的非異氰酸酯聚氨酯的生產路線，方法簡單。

碳酸甘油酯是已經大規模商業化的生物基專用化學品，具有高沸點、低凝固點、低揮發性、低可燃性、強極性、無毒、無味、無腐蝕、無污染、與水互溶、生物可降解等特性，是價格低廉的環碳酸酯化合物。多面體籠型倍半硅氧烷(POSS)是一種Si-O組裝的一種籠狀結構，具有獨特的三維結構。Raftopoulos等人通過PU鏈上的氨基甲酸酯、1,2-丙二醇異丁基POSS和氨乙基氨丙基異丁基POSS的結合，得到POSS修飾的PU，由于POSS的存在，其玻璃化轉變溫度有所增強。Turri和Choudhury等人研究了單官能團POSS修飾的線性PU的表面疏水性，這類POSS修飾的PU由于POSS的存在，表面自由能降低而表面疏水性有所增強。Zheng等人在合成的網狀PU中引入了兩個多功能團的POSS單體，這類PU的熱穩定性和機械性能都有所增加。但是，目前利用非異氰酸酯方法制備POSS雜化的星型結構水性聚氨酯乳液尚未被報道。

因此，開發一種制備原料中不添加異氰酸酯，進而具有環保特性和星型結構的POSS雜化水性聚氨酯乳液，是本領域急需解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種POSS雜化水性聚氨酯乳液及其制備方法和應用，所述POSS雜化水性聚氨酯乳液由于制備原料中未添加異氰酸酯，進而具有無異氰酸酯毒性的特點，還具有星型結構，進而具有優異的熱穩定性、機械性能和疏水性。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種POSS雜化水性聚氨酯乳液，所述POSS雜化水性聚氨酯乳液的制備原料由支化預聚物、八氨基籠型倍半硅氧烷、酸類中和劑和溶劑組成；