CN101638468B - 磺酸盐型两性聚氨酯乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磺酸盐型两性聚氨酯乳液的制备方法。在干燥氮气保护下,将真空脱水后的低聚物多元醇,异氰酸酯加入到反应器中,在机械搅拌下于85℃-100℃温度下反应2h,降低体系温度至40℃~60℃,加入小分子扩链剂、溶剂、催化剂辛酸亚锡(T-9)、二月桂酸二丁基锡(T-12),维持温度在55℃~75℃下反应2h;降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂、溶剂控制温度在40-60℃间反应1h;加入磺酸盐、溶剂,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基含量不再变化,加水进行乳化分散,将其减压蒸馏脱去溶剂,即得磺酸盐型两性聚氨酯乳液。本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯具有一定的耐酸碱性,可作为生物大分子的优良载体和较为理想的蛋白质模型化合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料的制备方法,具体是一种制备在分子链上同时含有磺酸盐基团和叔氨基的两性聚氨酯乳液。
背景技术
目前,关于两性聚氨酯的报道很少,而且这些报道都是基于二羟基甲基丙酸(DMPA)和叔氨基的两性聚氨酯,由于二羟基甲基丙酸(DMPA)自身的特点,这类聚氨酯主要存在以下几个缺点:A、反应时间长,一般从原料到产品要8h左右;B、连续化生产难,用DMPA作亲水性扩链剂,要将预聚体物料从反应釜转移到乳化桶中通过高速剪切乳化分散来制备乳液,再转回蒸馏釜脱溶;C、胺类中和剂味重,用DMPA作亲水性扩链剂,不能直接进行乳化,需要用胺类物质中和DMPA中的-COOH后才能乳化。正是因为这一点当这种两性聚氨酯用于蛋白质模型化合物,用于生物大分子的载体时就受到了限制。
发明内容
为了满足织物用涂层剂;鞋用涂层剂;皮革涂饰剂;木材,建筑,汽车,造纸,电子等领域对性能优越的胶粘剂需求,本发明提供一种磺酸盐型两性聚氨酯乳液的制备方法。
磺酸盐型两性聚氨酯乳液的制备方法包括以下操作步骤:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后的聚醚型二元醇或聚酯型二元醇30-46g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)13.32g-26.26g加入反应容器中,在机械搅拌下,温度85℃-100℃反应2h,得第一反应体系;
(2)、降低第一反应体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)1.20-3.97g,然后加入5-25mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g,在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h,得第二反应体系;
(3)、降低第二反应体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)1.60-3.11g,并加入15-25mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h,得第三反应体系;
(4)、在第三反应体系中加入乙二胺基乙磺酸钠2.55-4.35g,再加入35-70mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化,加水进行乳化分散,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的两性聚氨酯乳液减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为34%-48%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
本发明各组份在聚氨酯预聚体中的质量分数为:
低聚物多元醇在聚氨酯预聚体中的质量分数为45%-70%;
异氰酸酯在聚氨酯预聚体中的质量分数为20%-40%;
小分子扩链剂在聚氨酯预聚体中的质量分数为2%-6%;
阳离子型扩链剂在聚氨酯预聚体中的质量分数为3%-4%;
磺酸盐亲水型扩链剂在聚氨酯预聚体中的质量分数为4-6%;
其中:
低聚物多元醇:包括聚醚型二元醇和聚酯型二元醇,
聚醚型二元醇如下:
数均分子量为1000,羟值为1.96mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-210);
数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-220);
聚酯型二元醇如下:
数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚丁二酸丁二醇酯(44-T);
数均分子量为2300,羟值为0.85mmol/g的聚己二酸丁二醇酯(PBA);
聚醚型低聚物多元醇由于醚基易旋转,具有较好的柔顺性,有优越的低温性能。并且醚基不易水解,耐水解性比聚酯型低聚物多元醇好。但醚键的α碳易被氧化,容易产生一系列氧化降解反应。聚酯型低聚物多元醇强度高,粘接力好但不耐水解。聚烯烃不含氧,不能和氨基甲酸酯形成氢键,它所制得的材料相分离程度最大。由于价格的原因,国内目前主要采用聚醚多元醇制备水性聚氨酯。我们采用的低聚物多元醇有分子量为1000,2000,3000等不同型号的聚氧化丙烯二醇或聚氧化丙烯三醇。
异氰酸酯:异佛尔酮异氰酸酯;
小分子扩链剂:二官能度的一缩二乙二醇;扩链剂可以提高水性聚氨酯的强度及耐介质性。
阳离子型扩链剂:N-甲基二乙醇胺;在水性聚氨酯制备中常用的特殊原料,根据其作用的不同,也常称为亲水性扩链剂,它常含有羧基,磺酸基或者仲胺基,当其结合到聚氨酯分子中,能使聚氨酯链段上带有能被离子化的功能性基团,从而使分子链具有亲水性,能较好的分散于水相中。常见的离子型亲水扩链剂有用于阴离子聚氨酯制备中的二羟甲基丙酸,和用于阳离子聚氨酯制备中的N-甲基二乙醇胺。
阴离子扩链剂:磺酸基亲水性扩链剂,如乙二氨基乙磺酸盐;本发明中使用的是一种带有磺酸盐的二官能团的胺基化合物,即乙二胺基乙磺酸钠,其分子量为190。其分子式为:H2NCH2CH2NHCH2CH2SO3Na。利用扩链剂将亲水性的磺酸盐基团引入在聚氨酯中,以实现聚氨酯在水中的稳定分散。
溶剂:丙酮;由于在预聚反应过程中,有时粘度会很大,以致搅拌困难,此时可向体系中加入有机溶剂以降低粘度,利于搅拌。且低粘度有助于充分反应,使分子链进一步增长。采用的有机溶剂有丙酮,丁酮,甲乙酮,二氧六环,N,N-二甲基酰胺,N-甲基吡咯烷酮等。溶剂对反应速率影响很大,溶剂极性越大,异氰酸酯与羟基反应活性越低。综合各种因素,本发明优选丙酮作溶剂。
催化剂:二丁基二月桂酸锡盐(T-12)和/或辛酸亚锡(T-9)。
本发明采用磺酸盐代替二羟甲基丙酸,同时在分子链上接入叔氨基的磺酸盐型两性聚氨酯乳液的制备方法,开发出性能优异的两性聚氨酯乳液产品。开发出的磺酸盐型两性聚氨酯具有一定的耐酸、耐碱性,可作为生物大分子的优良载体和较为理想化简单化的蛋白质模型化合物。同时该产品具有磺酸盐用量少、乳液粘度小、乳化程度控制方便、乳液储存稳定性和外观重现性好等优点。
本发明与现有技术相比具有几方面的优点:
1、本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液通过连续法既反应、中和、乳化、脱溶、在反应容器中一次性完成来制备;
2、本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液具有一定的耐酸碱性;
3、本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液可以作为蛋白质、基因、多肽、多糖等生物大分子的优良载体和较为理想简单的蛋白质模型化合物;
4、本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液具有较低的黏度;
5、本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液产品具有较好的稳定性;
6、本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液产品具有较好的外观重现性。
本发明所制备的磺酸盐型两性聚氨酯乳液还有许多其他方面的应用,具体如织物用涂层剂;鞋用涂层剂;皮革涂饰剂;木材,建筑,汽车,造纸,电子等领域用胶粘剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地说明。
本发明使用下列原料:
异佛尔酮异氰酸酯(IPDI); 一缩二乙二醇(DEG);
丙酮;
二月桂酸二丁基锡(T-12); 辛酸亚锡(T-9)
N-甲基二乙醇胺(DB); 乙二氨基乙磺酸钠(Degussa公司)
聚醚型二元醇如下:
数均分子量为1000,羟值为1.96mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-210);
数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-220);
聚酯型二元醇如下:
数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚丁二酸丁二醇酯(44-T);
数均分子量为2300,羟值为0.85mmol/g的聚己二酸丁二醇酯(PBA);
本发明优先采用磺酸盐和N-甲基二乙醇胺作为扩链剂制备分子链中同时含有酸碱基团的两性聚氨酯乳液。
实施例1
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后的数均分子量为1000,羟值为1.96mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-210)30g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)19.98g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)2.30g,然后加入5mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)2.50g,并加入15mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠3.50g,再加入40mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加110mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的两性聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为35%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
实施例2:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后数均分子量为1000,羟值为1.96mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-210)30g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)26.26g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)3.97g,然后加入7mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)2.81g,并加入15mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠3.38g,再加入35mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加95mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为41%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
实施例3:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚氧化丙烯二醇(N-220)40g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)22.2g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)2.05g,然后加入5mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)3.11g,并加入15mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠4.35g,再加入35mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加130mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为36%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
实施例4:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚丁二酸丁二醇酯(44-T)40g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)17.76g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)2.24g,然后加入12mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)2.31g,并加入15mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠2.31g,再加入60mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加70mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为48%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
实施例5:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚丁二酸丁二醇酯(44-T)40g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)13.32g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)1.20g,然后加入10mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)1.60g,并加入15mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠3.73g,再加入70mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基N℃O含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加110mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为35%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
实施例6:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后数均分子量为2000,羟值为0.98mmol/g的聚丁二酸丁二醇酯(44-T)40g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)17.76g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)2.73g,然后加入20mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)2.31g,并加入20mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠2.89g,再加入50mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加130mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为34%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
实施例7:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后数均分子量为2300,羟值为0.85mmol/g的聚己二酸丁二醇酯(PBA)46g,异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)17.76g加入反应容器中,在机械搅拌下控制在85℃-100℃进行反应2h;
(2)、降低体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇(DEG)1.96g,然后加入25mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)0.03-0.05g(3滴)、辛酸亚锡(T-9)0.03-0.05g(3滴),在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h;
(3)、降低体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺(DB)2.55g,并加入25mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h;
(4)、在上述体系中加入乙二胺基乙磺酸钠2.55g,再加入65mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化时,将预聚体转移至乳化桶冷却至室温,加90mL水进行乳化分散5min,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的聚氨酯乳液用循环水式真空泵减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为44%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
Claims (1)
1.磺酸盐型两性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于包括以下操作步骤:
(1)、在干燥氮气保护下,将真空脱水后的聚醚型二元醇或聚酯型二元醇30-46g,异佛尔酮异氰酸酯13.32g-26.26g加入反应容器中,在机械搅拌下,温度85℃-100℃反应2h,得第一反应体系;
(2)、降低第一反应体系温度至40℃~60℃,加入一缩二乙二醇1.20-3.97g,然后加入5-25mL丙酮及催化剂二月桂酸二丁基锡0.03-0.05g、辛酸亚锡0.03-0.05g,在机械搅拌下控制温度在55℃~75℃下反应2h,得第二反应体系;
(3)、降低第二反应体系温度至60℃以下,加入阳离子型扩链剂N-甲基二乙醇胺1.60-3.11g,并加入15-25mL丙酮,以防止黏度过大引起凝胶,控制温度在40-60℃之间反应1h,得第三反应体系;
(4)、在第三反应体系中加入乙二胺基乙磺酸钠2.55-4.35g,再加入35-70mL丙酮,待反应生成的预聚体中异氰酸酯基NCO含量不再变化,加水进行乳化分散,得到乳白色不透明的两性聚氨酯乳液,将所得的两性聚氨酯乳液减压蒸馏脱去溶剂,即得固含量为34%-48%的磺酸盐型两性聚氨酯乳液。
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