CN102108118A - 一种环保型催化剂改进水性聚氨酯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇或聚醚二元醇150-250、异佛尔酮二异氰酸酯100-160、二羟甲基丙酸15-25、有机酸铋催化剂0.5-0.8、三羟甲基丙烷0-5、1，4-丁二醇10-25、丙酮4-5、三乙胺5-20、乙二胺8-20、去离子水610-630。本发明采用有机酸铋作为催化剂，提高了聚氨酯合成反应的速率、调节了反应活性、降低了反应的成本，且有机酸铋催化剂无毒无害，避免了环境污染和安全隐患。

Description

一种环保型催化剂改进水性聚氨酯及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯技术领域，具体是一种环保型催化剂改进水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯以水为主要介质，不含或仅含有少量有机溶剂，具有不燃、无毒、对环境无污染、节省能源以及易加工等优点，根据配方及助剂的不同，可调制备而成涂料、胶粘剂及其他用途的处理剂。自20世纪70年代以来，水性聚氨酯以其用途和环境友好性成为聚氨酯化学和技术中发展最快、最活跃的分支之一。水性聚氨酯通常是在预聚体中引入亲水扩链剂，经中和后，在高速搅拌下将离子化聚氨酯加入水中，或将水加入聚氨酯离聚体有要溶剂液中，形成聚氨酯水分散液。作为脂肪族水性聚氨酯预聚体的合成中，脂肪族异氰酸酯和多元醇以及小分子扩链剂的反应较弱，要使用催化剂以降低反应的活化能，降低反应的温度，缩短到达反应终点的时间。常用的催化剂有叔胺类和有机锡、有机铅、汞等重金属两类催化剂。叔胺类催化剂对促进异氰酸酯与水的反应特别有效，一般用于制备聚氨酯泡沫材料，金属有机化合物对-NCO与-OH的反应催化活性比-NCO与水的强，广泛用于聚氨酯体系中。这些催化剂会不可避免地在产品中残留。有研究表明胺类催化剂有潜在的致癌危险；有机锡、铅、汞类重金属催化剂不仅会造成环境污染，还可导致生物畸形和慢性中毒，因此不适宜用于制备医用聚氨酯材料及日用聚氨酯材料。此外该类催化剂已被欧盟等发达国家列入禁止使用名单。在我国，随着人们对健康和环保的重视，逐渐减少乃至彻底废除这类有毒有害催化剂也是大势所趋。

目前有机锡类依然是合成水性聚氨酯的主流催化剂，该类催化剂虽然能满足正常生产的催化合成反应，但效率依然很低，生产温度高，生产周期长、能耗大；此外，有机锡类催化剂选择性差，尤其是水这一特殊介质存在的条件下，从而使产品分子量分布较宽，分子规整性也较差，更为重要的是合成中不可避免地有重金属的残留，带来了环境和安全的隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环保型催化剂改进水性聚氨酯及其制备方法，解决水性聚氨酯合成中催化效率低、生产周期长、能耗高且安全性能差的问题。

本发明的技术方案为：

一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇或聚醚二元醇150-250、尔酮二异氰酸酯100-160、二羟甲基丙酸15-25、有机酸铋催化剂0.5-0.8、三羟甲基丙烷0-5、1，4-丁二醇10-25、丙酮4-5、三乙胺5-20、乙二胺8-20、去离子水610-630。

一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇150-200、异佛尔酮二异氰酸酯130-160、二羟甲基丙酸17-25、有机酸铋催化剂0.5-0.7、三羟甲基丙烷0-4、1，4-丁二醇12-18、丙酮4-5、三乙胺5-20、乙二胺12-20、去离子水610-630。

一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚醚二元醇150-220、异佛尔酮二异氰酸酯100-150、二羟甲基丙酸15-22、有机酸铋催化剂0.5-0.7、三羟甲基丙烷0-5、1，4-丁二醇10-25、丙酮4-5、三乙胺10-18、乙二胺8-15、去离子水610-630。

一种环保型催化剂改进水性聚氨酯的制备方法，包括下列步骤：

(1)、按重量份在反应容器中加入聚酯二元醇或聚醚二元醇，在110-120℃下抽真空脱水1-2小时，然后降温至65-75℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、有机酸铋催化剂和二羟甲基丙酸，升温至70-75℃反应2-3小时，得反应液；

(2)、按重量份将混合好的三羟甲基丙烷和1，4-丁二醇混合液加入反应液中，控制温度在55-65℃反应1.5-2小时，反应中加入丙酮，得聚氨酯预聚体；

(3)、将聚氨酯预聚体降温至40℃以下，按重量份加入三乙胺，反应10-20分钟，然后边快速搅拌边加入去离子水，再缓慢加入乙二胺进行水相扩链，分散15-25分钟后，减压蒸馏脱除丙酮，得到水性聚氨酯。

本发明环保型催化剂改进水性聚氨酯具有如下理化性质：外观为半透明，固体分含量为35±1％，耐水性24h无异常，铅笔硬度HB级，附着力1级。

本发明中，三羟甲基丙烷作为内交联单体能使分子支化，使水性聚氨酯分散体成膜时有一定程度的交联度；1，4-丁二醇作为小分子扩散剂；二羟甲基丙酸作为亲水扩链单体，以丙酮作为预聚体的溶剂，三乙胺作为成盐中和剂。

本发明中的有机酸铋催化剂可促进-NCO和-OH反应而避免水与-NCO基的副反应，从而减少了副反应的发生，使合成能有效进行；采用有机酸铋作为催化剂相对传统的采用有机锡作为催化剂的水性聚氨酯反应的反应温度降低了5-10℃，且反应时间相对的也有所缩短，从而提高了生产效率，缩短了生产周期，降低了反应能耗和生产成本，且避免了毒性较大的有机锡催化剂的使用，避免了环境污染和安全隐患。

具体实施方式

实施例1

(1)、环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇：174.05、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)：136.65、二羟甲基丙酸(DMPA)：17.41、有机酸铋催化剂：0.7、三羟甲基丙烷(TMP)：3.13、1，4-丁二醇(BDO)：16.84、丙酮：4-5、三乙胺(TEA)：7.54、乙二胺(EDA)：13.12、去离子水：622.44。

(2)、制备方法：

a、按重量份在装有电动搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中加入聚酯二元醇或聚醚二元醇，在110℃下抽真空脱水1小时，然后降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、有机酸铋催化剂和二羟甲基丙酸，逐步升温至70-75℃反应2小时，得反应液；

b、按重量份将溶解混合好的三羟甲基丙烷和1，4-丁二醇混合液加入反应液中，控制温度在60℃反应1.5-2小时，反应中加入丙酮，降低反应体系的粘度，得聚氨酯预聚体；

c、将聚氨酯预聚体降温至40℃以下，按重量份加入三乙胺，反应15分钟，然后边快速搅拌边加入去离子水，再缓慢加入乙二胺进行水相扩链，分散20分钟后，减压蒸馏脱除丙酮，得到水性聚氨酯。

实施例2

(1)、一种用于水性木器涂料的环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇：156.4、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)：153.88、二羟甲基丙酸(DMPA)：20.85、有机酸铋催化剂：0.52、三羟甲基丙烷(TMP)：2.57、1，4-丁二醇(BDO)：13.83、丙酮：4-5、三乙胺(TEA)：15.72、乙二胺(EDA)：19.55、去离子水：616.67。

(2)、制备方法同实施例1。

实施例3

(1)、一种用于天然皮革涂饰的环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚醚二元醇：210.14、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)：109.65、二羟甲基丙酸(DMPA)：17.51、有机酸铋催化剂：0.7、三羟甲基丙烷(TMP)：2.03、1，4-丁二醇(BDO)：10.89、丙酮：4-5、三乙胺(TEA)：13.2、乙二胺(EDA)：9.63、去离子水：626.65。

(2)、制备方法同实施例1。

实施例4

(1)、一种用于丝网印刷的环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚醚二元醇：174.66、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)：136.23、二羟甲基丙酸(DMPA)：20.96、有机酸铋催化剂：0.58、三羟甲基丙烷(TMP)：2.74、1，4-丁二醇(BDO)：14.70、丙酮：4-5、三乙胺(TEA)：15.80、乙二胺(EDA)：14.55、去离子水：619.78。

(2)、制备方法同实施例1。

实施例5

(1)、一种用于水性油墨的环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚醚二元醇：185.27、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)：127.26、二羟甲基丙酸(DMPA)：17.48、有机酸铋催化剂：0.62、1，4-丁二醇(BDO)：19.56、丙酮：4-5、三乙胺(TEA)：13.17、乙二胺(EDA)：11.58、去离子水：625.06。

(2)、制备方法同实施例1。

实施例6

(1)、一种用于天然真石漆的环保型催化剂改进水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料制备而成：聚醚二元醇：167.22、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)：139.95、二羟甲基丙酸(DMPA)：15.68、有机酸铋催化剂：0.56、三羟甲基丙烷(TMP)：4.0、1，4-丁二醇(BDO)：21.50、丙酮：4-5、三乙胺(TEA)：11.82、乙二胺(EDA)：13.94、去离子水：625.34。

(2)、制备方法同实施例1。

Claims (4)

1.一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，其特征在于：它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇或聚醚二元醇150-250、异佛尔酮二异氰酸酯100-160、二羟甲基丙酸15-25、有机酸铋催化剂0.5-0.8、三羟甲基丙烷0-5、1，4-丁二醇10-25、丙酮4-5、三乙胺5-20、乙二胺8-20、去离子水610-630。

2.根据权利要求1所述的一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，其特征在于：它是由下列重量份比的原料制备而成：聚酯二元醇150-200、异佛尔酮二异氰酸酯130-160、二羟甲基丙酸17-25、有机酸铋催化剂0.5-0.7、三羟甲基丙烷0-4、1，4-丁二醇12-18、丙酮4-5、三乙胺5-20、乙二胺12-20、去离子水610-630。

3.根据权利要求1所述的一种环保型催化剂改进水性聚氨酯，其特征在于：它是由下列重量份比的原料制备而成：聚醚二元醇150-220、异佛尔酮二异氰酸酯100-150、二羟甲基丙酸15-22、有机酸铋催化剂0.5-0.7、三羟甲基丙烷0-5、1，4-丁二醇10-25、丙酮4-5、三乙胺10-18、乙二胺8-15、去离子水610-630。

4.根据权利要求1所述的一种环保型催化剂改进水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)、按重量份在反应容器中加入聚酯二元醇或聚醚二元醇，在110-120℃下抽真空脱水1-2小时，然后降温至65-75℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、有机酸铋催化剂和二羟甲基丙酸，升温至70-75℃反应2-3小时，得反应液；

(2)、按重量份将混合好的三羟甲基丙烷和1，4-丁二醇混合液加入反应液中，控制温度在55-65℃反应1.5-2小时，反应中加入丙酮，得聚氨酯预聚体；

(3)、将聚氨酯预聚体降温至40℃以下，按重量份加入三乙胺，反应10-20分钟，然后边快速搅拌边加入去离子水，再缓慢加入乙二胺进行水相扩链，分散15-25分钟后，减压蒸馏脱除丙酮，得到水性聚氨酯。