CN103881053B - 桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法 - Google Patents
桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,是一种以多异氰酸酯、低聚物多元醇、小分子扩链剂、亲水扩链剂和成盐剂三乙胺为主要原料,桐油酸酐酯多元醇为改性剂,制得桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的工艺。桐油酸酐酯多元醇含有3个羟基,与异氰酸酯反应形成带有支链的聚氨酯链段,起到内交联剂的作用;同时将桐油酸基团引入到水性聚氨酯链段中,所含双键能在后期成膜过程中发生氧化交联反应,增加涂膜的交联度,改善现有水性聚氨酯乳液涂膜存在的耐溶剂性差、耐水性差、力学性能不足等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成领域,具体为一种桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法。
背景技术
水性聚氨酯是聚氨酯粒子分散在水中的二元胶态体系,它不仅可以实现环保所要求的低VOC排放,而且还能保留传统溶剂型聚氨酯的一些优良性能,如低温柔顺性好、耐磨性和耐屈挠性优异等。但水性聚氨酯存在着耐溶剂性差、耐水性差、力学性能不足等缺点,严重限制了它的使用范围。因此,水性聚氨酯的改性已成为该领域的研究热点。
在各种水性聚氨酯改性方法中,内交联改性是较为有效和常用的方法之一。内交联法是在聚氨酯大分子链中引入含有三个或三个以上官能团的单体(如三羟甲基丙烷),生成具有支化分子结构的聚氨酯胶束。由于天然植物油具有来源广泛、品种繁多、价格低廉、可选择性强、可降解和可再生等诸多优点,所以,利用植物油内交联改性水性聚氨酯逐渐受到人们的重视。该方法是将植物油脂结构中部分或全部双键化学改性后(如环氧化、羟基化或臭氧氧化),制得平均官能度大于2的多元醇,作为内交联剂再与异氰酸酯发生反应。目前,以桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯的方法尚未见文献报道。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,通过以下工艺来实现:多异氰酸酯和低聚物多元醇反应得到预聚物,预聚物在催化剂催化下与小分子扩链剂、亲水扩链剂和改性剂桐油酸酐酯多元醇反应得到聚氨酯树脂,聚氨酯树脂被成盐剂中和后乳化得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。其反应式如下:
基于上述原理,具体步骤如下:
①在反应器中加入一定量的低聚物多元醇,110℃下真空脱水1-2 h;
②向低聚物多元醇中加入低聚物多元醇质量1.5 倍-3.5倍的丙酮,于60℃-80℃下滴加低聚物多元醇质量0.5倍-1.5倍的多异氰酸酯,反应1-2 h;
③向上步骤反应溶液中加入少量的催化剂,滴加低聚物多元醇质量分数5%-30%的亲水扩链剂、0.1%-6%的小分子扩链剂和6%-33%的改性剂桐油酸酐酯多元醇的混合物,反应3-5 h;
④将上步骤的反应溶液降温至40℃-50℃后,加入低聚物多元醇质量分数5%-30%的成盐剂三乙胺,反应20 min -40 min;
⑤反应溶液再次降温至30℃-40℃后,在高速搅拌下加入低聚物多元醇质量2.5倍-4.5倍的去离子水,乳化分散30 min -40 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
在本发明中,所述多异氰酸酯为甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六次甲基二异氰酸酯(HDI)、苯二甲撑二异氰酸酯(XDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六氢甲苯二异氰酸酯(HTDI)和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)中的一种或几种的混合物。
在本发明中,所述低聚物多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚己二酸丁二醇酯(PBA)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚己二酸丙二醇酯(PPA)、聚己二酸新戊二醇酯(PNA)、聚己二酸己二醇酯(PHA)、聚氧化丙烯二醇(PPG)、聚氧化乙烯二醇(PEG)和聚碳酸酯二醇(PCDL)中的一种或几种的混合物。
在本发明中,所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇(BDO)、一缩二乙二醇(DEG)、乙二醇(EG)、1,2-丙二醇(1,2-PDO)、1,6-己二醇(1,6-HDO)、新戊二醇(NPG)、乙二胺和丁二胺中的一种或几种的混合物。
在本发明中,所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺基乙磺酸钠、1,4-丁二醇-2-磺酸钠及其衍生物、二羟甲基丁酸(DMBA)、1,2-二羟基-3-丙磺酸钠(DHPA)、二羟甲基乙酸和二羟甲基丁二酸中的一种。
在本发明中,所述催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、辛酸亚锡(T-9)和二醋酸二丁基锡中的一种。
在本发明中,所述桐油酸酐酯多元醇为桐油酸-马来酸酐加合物三乙二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三1,2-丙二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三1,3-丙二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三1,4-丁二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三新戊二醇酯的一种。
有益效果:
本发明中桐油酸酐酯多元醇的官能度为3,将其加入到水性聚氨酯链段中,不仅可以起到内交联剂的作用,而且桐油中所保留的双键在成膜过程中还可再次氧化交联,能进一步提高涂膜的交联密度,改善现有水性聚氨酯乳液涂膜存在的耐溶剂性差、耐水性差、力学性能不足等缺点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面举实例对本发明进行详细描述。
实施案例1:
在反应器中加入10 g聚氧化丙烯二醇(PPG),110℃下真空脱水1 h。加入28.7 g丙酮,于60℃下滴加6.2 g 甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),再滴加1.2 g二羟甲基丙酸(DMPA)、0.3 g 1,4-丁二醇(BDO)和2.4 g桐油酸-马来酸酐加合物三1,2-丙二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入0.9 g三乙胺,反应20 min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入28.3 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例2:
在反应器中加入10 g聚碳酸酯二醇(PCDL),110℃下真空脱水1 h。加入 30.2 g丙酮,于60℃下滴加9.8 g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加1.5 g二羟甲基乙酸、0.2 g一缩二乙二醇(DEG)和2.6 g桐油酸-马来酸酐加合物三1,4-丁二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.3 g三乙胺,反应20min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入28.8 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例3:
在反应器中加入10 g聚己二酸乙二醇酯(PEA),110℃下真空脱水1 h。加入 27.5g丙酮,于60℃下滴加7.5 g六氢甲苯二异氰酸酯(HTDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加2.0 g二羟甲基丁酸(DMBA)、0.1 g新戊二醇(NPG)和1.9 g桐油酸-马来酸酐加合物三新戊二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.4 g三乙胺,反应20 min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入29.6 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例4:
在反应器中加入10 g聚己二酸丁二醇酯(PBA),110℃下真空脱水1 h。加入 30.5g丙酮,于60℃下滴加7.3 g苯二甲撑二异氰酸酯(XDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加2.6 g1,4-丁二醇-2-磺酸钠、0.2 g 乙二醇(EG)和3.3 g桐油酸-马来酸酐加合物三乙二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.3 g三乙胺,反应20 min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入27.6 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例5:
在反应器中加入10 g聚氧化乙烯二醇(PEG),110℃下真空脱水1 h。加入30.6 g丙酮,于60℃下滴加9.2 g异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加2.6 g乙二胺基乙磺酸钠、0.2 g 1,6-己二醇(1,6-HDO)和3.3 g桐油酸-马来酸酐加合物三1,3-丙二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.4 g三乙胺,反应20 min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入43.5 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例6:
在反应器中加入10 g聚己二酸新戊二醇酯(PNA),110℃下真空脱水1 h。加入31.4g丙酮,于60℃下滴加9.4 g二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加2.4 g 1,2-二羟基-3-丙磺酸钠(DHPA)、0.2 g 1,2-丙二醇(1,2-PDO)和2.7 g桐油酸-马来酸酐加合物三1,4-丁二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.3 g三乙胺,反应20 min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入44.6 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例7:
在反应器中加入10 g聚四氢呋喃二醇(PTMG),110℃下真空脱水1 h。加入29.8 g丙酮,于60℃下滴加7.0 g六次甲基二异氰酸酯(HDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加1.7 g二羟甲基丁二酸、0.3 g 1,4-丁二醇(BDO)和3.0 g桐油酸-马来酸酐加合物三乙二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.0 g三乙胺,反应20 min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入43.5 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
实施案例8:
在反应器中加入10 g聚己二酸乙二醇酯(PEA),110℃下真空脱水1 h。加入28.9 g丙酮,于60℃下滴加6.3 g甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI),反应1h。加入1滴催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),滴加1.7 g二羟甲基丙酸、0.3 g 1,3-丙二醇(1,2-PDO)和3.3 g桐油酸-马来酸酐加合物三新戊二醇酯的混合物,反应4 h。降温至40℃后,加入1.3 g三乙胺,反应20min。降温至40℃后,在高速搅拌下加入40.5 g去离子水,乳化分散30 min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
本发明通过对上述实施案例1-8所制得的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液进行制样并对其性能进行测试,测试试样按以下标准进行制样与测试。硬度测试按照《GB/T6739-1996 涂膜硬度铅笔测定法》中的规定进行;耐水性测试按照《GB/T 1731-93漆膜耐水性测定法》(甲法)中的规定进行;耐化学品性测试按照《GB1763-89漆膜耐化学试剂性测定法》中的规定进行;附着力测试按照《GB1720-1979 漆膜附着力测定法》中的规定进行;耐冲击性测试按照《GB 1732-93漆膜耐冲击测定法》中的规定进行;拉伸强度测试按照GB/T528-1998采用GMT 6140型微机控制电子万能试验机进行测试,测试结果见表1所示:
表1 桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液实例1-8的涂膜性能
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于,通过以下工艺来实现:多异氰酸酯和低聚物多元醇反应得到预聚物,预聚物在催化剂催化下与小分子扩链剂、亲水扩链剂和改性剂桐油酸酐酯多元醇反应得到聚氨酯树脂,聚氨酯树脂被成盐剂中和后乳化得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液;所述桐油酸酐酯多元醇为桐油酸-马来酸酐加合物三乙二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三1,2-丙二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三1,3-丙二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三1,4-丁二醇酯、桐油酸-马来酸酐加合物三新戊二醇酯中的一种;
所述的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,具体步骤如下:
①在反应器中加入一定量的低聚物多元醇,110℃下真空脱水1-2h;
②向低聚物多元醇中加入低聚物多元醇质量1.5倍-3.5倍的丙酮,于60℃-80℃下滴加低聚物多元醇质量0.5倍-1.5倍的多异氰酸酯,反应1-2h;
③向上步骤反应溶液中加入少量的催化剂,滴加低聚物多元醇质量分数5%-30%的亲水扩链剂、0.1%-6%的小分子扩链剂和6%-33%的改性剂桐油酸酐酯多元醇的混合物,反应3-5h;
④将上步骤的反应溶液降温至40℃-50℃后,加入低聚物多元醇质量分数5%-30%的成盐剂三乙胺,反应20min-40min;
⑤反应溶液再次降温至30℃-40℃后,在高速搅拌下加入低聚物多元醇质量2.5倍-4.5倍的去离子水,乳化分散30min-40min后减压脱去丙酮,得到桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液。
2.根据权利要求1所述的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于,所述多异氰酸酯为甲苯2,4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六氢甲苯二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于,所述低聚物多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚氧化丙烯二醇、聚氧化乙烯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于,所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、乙二胺和丁二胺中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于,所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠、1,4-丁二醇-2-磺酸钠及其衍生物、二羟甲基丁酸、1,2-二羟基-3-丙磺酸钠、二羟甲基乙酸和二羟甲基丁二酸中的一种。
6.根据权利要求1所述的桐油酸酐酯多元醇改性水性聚氨酯乳液的制备方法,其特征在于,所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡和二醋酸二丁基锡中的一种。
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