CN103467699A

CN103467699A - 一种水溶性聚氨酯润滑剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN103467699A
Application number: CN2013103907586A
Authority: CN
Inventors: 牛海港; 薛中; 蒋淦相
Original assignee: Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: CN103467699B

Abstract

本发明公开了一种水溶性聚氨酯润滑剂及其制备方法与应用。所述水溶性聚氨酯润滑剂由10%～30%重量百分比的多异氰酸酯和40%～70%重量百分比的聚醚多元醇进行预聚反应，然后再加入10%～30%重量百分比的具有活泼氢的化合物进行扩链封端而成。本发明采用常规水性聚氨酯合成方法，原料来源丰富，设备投入较小，生产工艺简单，技术路线成熟，极大地降低了产品技术放大实施的风险，有利于产品技术的推广应用。本发明水溶性聚氨酯润滑剂具有优异的润滑性和水溶性，应用于水基金属加工液中具有良好的润滑性及稳定性。

Description

一种水溶性聚氨酯润滑剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于润滑剂领域，具体涉及一种水溶性聚氨酯润滑剂及其制备方法与应用。

背景技术

水溶性聚醚多元醇具有良好的耐菌性、低毒性、抗硬水性、低泡性以及较好的润滑性能，因而常作为水基润滑剂广泛应用于水基金属加工液中。

随着高速、高精以及高效的现代机械制造业的快速发展，尤其是高速、强力及精密加工的需求，对当代金属加工液提出了更高的性能要求。但是普通的水溶性聚醚多元醇尚存在润滑性不足、耐磨性较差等缺点，极大地限制了其应用范围。

水性聚氨酯含有强极性氨基甲酸酯基团，机械性能优良，具有高强度和高耐磨性能，已在涂料、胶黏剂和油墨等领域得到广泛应用。

例如，公开号为CN102838721A的中国专利文献公开了一种环保型水性聚氨酯及其制备方法，以甲苯二异氰酸酯、聚乙二醇3000、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇及三乙胺为原料，制得了低溶剂型水性聚氨酯乳液，产品成膜后拉伸强度为20.27MPa，断裂伸长率为515%。公开号为CN102532463A的中国专利文献公开了水性聚氨酯及其制备方法，采用脂肪族二异氰酸酯、脂肪族多元醇、二羟甲基丙酸、三乙胺、聚醚多元胺等为原料，制得了水性聚氨酯皮革涂饰剂，其固含量为36％，粒径80nm～100nm，膜拉伸强度20.1MPa，断裂伸长率为630％，储存稳定性良好。

上述水性聚氨酯多为乳液和分散液，极易干燥成膜，成膜后机械性能优异，但应用于金属加工液中易造成供液系统堵塞、粘附工件等不良影响，难以满足实际应用需求。目前尚无水性聚氨酯用作金属加工液润滑剂的相关报道。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种水溶性聚氨酯润滑剂，该水溶性聚氨酯润滑剂具有优异的润滑性和水溶性。

本发明的另一目的在于提供上述水溶性聚氨酯润滑剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述水溶性聚氨酯润滑剂的应用，所述水溶性聚氨酯润滑剂可用于提高水基金属加工液的润滑性和稳定性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种水溶性聚氨酯润滑剂，由10%～30%重量百分比的多异氰酸酯和40%～70%重量百分比的聚醚多元醇进行预聚反应，然后再加入10%～30%重量百分比的具有活泼氢的化合物进行扩链封端而成。

优选的，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二甲苯甲烷二异氰酸酯。

优选的，所述聚醚多元醇为环氧丙烷聚醚多元醇和/或，含20%～40%重量百分比环氧乙烷的环氧丙烷与环氧乙烷共聚醚多元醇。

优选的，所述聚醚多元醇官能度为2、分子量为400～6000。

聚醚多元醇官能度优选为2，能更好的保证产物为直链结构，无支链产生，避免发生交联反应，保持产品良好的水溶性；对其分子量的优选则是为了兼顾产品能具有良好润滑性和水溶性。

优选的，所述具有活泼氢的化合物为2官能度、分子量200～1000的环氧乙烷聚醚多元醇。

具有活泼氢的化合物官能度优选为2，能更好的保证产物为直链结构，无支链产生，避免发生交联反应，保持产品良好的水溶性；对其分子量的优选则是为了兼顾产品能具有良好润滑性和水溶性。

上述水溶性聚氨酯润滑剂的制备方法，包括以下步骤：将多异氰酸酯和聚醚多元醇在60～90℃进行预聚反应2～4h，然后加入具有活泼氢的化合物在60～90℃进行扩链封端反应1～2h，得到所述水溶性聚氨酯润滑剂。

上述水溶性聚氨酯在水基金属加工液产品中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

（1）本发明选用普通的聚醚多元醇作为反应单体，既保留了聚醚多元醇本身的耐菌性、低毒性及润滑性能，又可利用其末端封羟基基团的反应活性对其不足进行改善。

（2）本发明采用芳香族多异氰酸酯作为反应单体对聚醚多元醇进行改性，充分利用了现有聚氨酯合成技术的成熟性，为聚醚多元醇主链引入氨基甲酸酯和芳香环结构，增强主链分子间作用力，提高产物润滑性及抗磨稳定性。并且，具有活泼氢的化合物可形成亲水性官能团，本发明中以其作为扩链封端剂，对聚氨酯预聚体进行扩链封端，控制产物的后续反应，可赋予产物良好的水溶性、清洗性和润滑性，防止稀释液水分挥发后干燥成膜，最终实现产物兼具良好的水溶、性润滑性和耐磨性。

（3）本发明采用常规水性聚氨酯合成方法，原料来源丰富，设备投入较小，通过控制反应温度及时间完成反应，实现发明目的，生产工艺简单。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将10.0g甲苯二异氰酸酯、52.0g环氧丙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=1000）、18.0g的环氧丙烷和环氧乙烷聚醚多元醇（环氧乙烷含量40%，官能度为2，Mn=2450）加入反应器，混合搅拌均匀，控温75℃进行预聚反应2.5h，然后加入20.0g的环氧乙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=1000），控温75℃进行扩链封端反应1.5h，反应完全后降温冷却，即可制得水溶性聚氨酯润滑剂产品。

对所得的水溶性聚氨酯润滑剂进行了-NCO基团化学法（二正丁胺-甲苯法）滴定，从-NCO基团化学法滴定中可知反应无-NCO基团残留，从而可验证了原材料多异氰酸酯反应完全，生成了氨基甲酸酯结构，产物末端为-OH封端。

所得水溶性聚氨酯润滑剂为浅黄色透明液，其1%质量分数的水稀释液为无色透明液，贮存稳定，水分挥发后不会干燥成膜，四球机最大无卡咬负荷达35kgf，四球机摩擦系数为0.086，具有优异的润滑抗磨性能。

实施例2

将25.0g二苯基甲烷二异氰酸酯、65.0g环氧丙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=800）加入反应器，混合搅拌均匀，控温85℃进行预聚反应2h，然后加入10.0g的环氧乙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=200），控温85℃反应1h，反应完全后降温冷却，即可制得水溶性聚氨酯润滑剂产品。

所得水溶性聚氨酯润滑剂为浅黄色透明液，其1%质量分数的水稀释液为无色透明液，贮存稳定，水分挥发后不会干燥成膜，四球机最大无卡咬负荷达45kgf，四球机摩擦系数为0.082，具有优异的润滑抗磨性能。

实施例3

将17.4g甲苯二异氰酸酯、52.6g环氧丙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=1000）加入反应器，混合搅拌均匀，控温60℃进行预聚反应4h，然后加入30.0g的环氧乙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=400），控温60℃反应2h，反应完全后降温冷却，即可制得水溶性聚氨酯润滑剂产品。

所得水溶性聚氨酯润滑剂为浅黄色透明液，其1%质量分数的水稀释液为无色透明液，贮存稳定，水分挥发后不会干燥成膜，四球机最大无卡咬负荷达38kgf，四球机摩擦系数为0.085，具有优异的润滑抗磨性能。

实施例4

将30.0g二苯基甲烷二异氰酸酯、36.0g环氧丙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=400）、4.0g的环氧丙烷和环氧乙烷聚醚多元醇(环氧乙烷含量20%，官能度为2，Mn=6000)加入反应器，混合搅拌均匀，控温80℃进行预聚反应3h，然后加入30.0g环氧乙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=600），控温80℃反应1.5h进行扩链封端，反应完全后降温冷却，即可制得产品。

所得水溶性聚氨酯润滑剂为浅黄色透明液，其1%质量分数的水稀释液为无色透明液，贮存稳定，水分挥发后不会干燥成膜，四球机最大无卡咬负荷达37kgf，四球机摩擦系数为0.087，具有优异的润滑抗磨性能。

实施例5

将20.9g甲苯二异氰酸酯、30.0g环氧丙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=1000）、20.0g的环氧丙烷和环氧乙烷聚醚多元醇（环氧乙烷含量30%，官能度为2，Mn=4000）加入反应器，混合搅拌均匀，控温90℃进行预聚反应2h，然后加入29.1g的环氧乙烷聚醚多元醇（官能度为2，Mn=200），控温90℃反应1h，反应完全后降温冷却，即可制得水溶性聚氨酯润滑剂产品。

所得水溶性聚氨酯润滑剂为黄色透明液，其1%质量分数的水稀释液为浅黄色透明液，贮存稳定，水分挥发后不会干燥成膜，四球机最大无卡咬负荷达42kgf，四球机摩擦系数为0.081，具有优异的润滑抗磨性能。

以上实施例中的Mn是指数均分子量；四球机最大无卡咬负荷达和四球机摩擦系数检测方法为GB/T3142-1982润滑剂承载能力测定（四球法）。

以上实施例1～5中预聚反应和扩链封端反应温度均相同，仅是出于简化生产工艺而设计，并非是两个反应温度必须相同才能达到本发明的实验目的。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水溶性聚氨酯润滑剂，其特征在于，由10%～30%重量百分比的多异氰酸酯和40%～70%重量百分比的聚醚多元醇进行预聚反应，然后再加入10%～30%重量百分比的具有活泼氢的化合物进行扩链封端而成。

2.根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯润滑剂，其特征在于，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二甲苯甲烷二异氰酸酯。

3.根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯润滑剂，其特征在于，所述聚醚多元醇为环氧丙烷聚醚多元醇和/或，含20%～40%重量百分比环氧乙烷的环氧丙烷与环氧乙烷共聚醚多元醇。

4.根据权利要求3所述的水溶性聚氨酯润滑剂，其特征在于，所述聚醚多元醇官能度为2、分子量为400～6000。

5.根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯润滑剂，其特征在于，所述具有活泼氢的化合物为2官能度、分子量200～1000的环氧乙烷聚醚多元醇。

6.权利要求1～5任一项所述的水溶性聚氨酯润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将多异氰酸酯和聚醚多元醇在60～90℃进行预聚反应2～4h，然后加入具有活泼氢的化合物在60～90℃进行扩链封端反应1～2h，得到所述水溶性聚氨酯润滑剂。

7.权利要求1～5任一项所述的水溶性聚氨酯在水基金属加工液产品中的应用。