CN105399948A - 一种无异氰酸酯聚氨酯uv树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，采用环碳酸酯、与胺类齐聚物反应制备而成；所述环碳酸酯为由较少重复单元的环碳酸酯聚合物所组成；所述环碳酸酯聚合物为二氧化碳和环氧化合物在一种新型偶联反应催化剂的催化下，偶联反应后得到的反应物，本发明解决了传统制备工艺所制造出的聚氨酯UV树脂有害物质多的不足，而且提高了聚氨酯UV树脂的水解稳定性、耐化学稳定性以及抗渗透性等特性，保护了环境的同时，最大程度的降低了聚氨酯对人体健康的损害，该发明通过使用环碳酸酯代替异氰酸酯的替代方法，不用有毒的异氰酸酯为原料，其附着力和耐磨性均有显著提高，可用于湿基材以及低温固化，该发明还降低了大气中的二氧化碳的浓度，节能环保。

Description

一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法
技术领域
本发明专利涉及一种合成树脂及其制备方法的技术领域，尤其是一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法，该发明通过使用环碳酸酯代替异氰酸酯的替代方法，不用有毒的异氰酸酯为原料，提高了传统的聚氨酯UV树脂的水解稳定性、耐化学稳定性、抗渗透性等，适用于抗裂材料、耐化学涂料、密封胶、油漆等领域，该发明具备安全、无毒、无溶剂等优点，附着力和耐磨性均有显著提高，可用于湿基材以及低温固化，节约能源的同时，降低了对人体和环境的伤害。
背景技术
异氰酸酯是异氰酸的各种酯的总称，若以－NCO基团的数量分类，包括单异氰酸酯R－N＝C＝O和二异氰酸酯O＝C＝N－R－N＝C＝O及多异氰酸酯等；单异氰酸酯是有机合成的重要中间体，可制成一系列氨基甲酸酯类杀虫剂、杀菌剂、除草剂，也用于改进塑料、织物、皮革等的防水性；二官能团及以上的异氰酸酯可用于合成一系列性能优良的聚氨酯泡沫塑料、橡胶、弹力纤维、涂料、胶粘剂、合成革、人造木材等；
目前应用最广、产量最大的异氰酸酯是：甲苯二异氰酸酯(简称TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(简称MDI)；甲苯二异氰酸酯(TDI)为无色有强烈刺鼻味的液体，沸点251℃，比重1.22，遇光变黑，对皮肤、眼睛有强烈刺激作用，并可引起湿疹与支气管哮喘，主要用于聚氨酯泡沫塑料、涂料、合成橡胶、绝缘漆、粘合剂等，根据其成分，甲苯二异氰酸酯属含氮基的有机化合物；
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)分为纯MDI和粗MDI，纯MDI常温下为白色固体，加热时有刺激臭味，沸点196℃，主要用于聚氨酯硬泡沫塑料、合成纤维、合成橡胶、合成革、粘合剂等，根据其成分，纯二苯基甲烷二异氰酸酯也属含氮基的有机化合物；
由于传统的聚氨酯采用以上两种异氰酸酯为主要原料生产制造，其生产工艺中，更是以剧毒的光气为辅助手段，生产条件及其苛刻、成本很高，且传统技术中采用的异氰酸酯遇到水分子时，很易分释放出CO2，这种缺陷如果用在涂料、粘合剂或弹性体中，就可能因二氧化碳的释放而使得产品定型时产生气泡及砂眼，严重影响成品的质量控制，而且其在生产、运输、仓储及使用环节上，均会造成对人体及环境的较大伤害；
由于国家越来越重视环保工作，今年的十八届五中全会将环境治理达标提高到了一个新的直管高度，政策制定了许多新的环保措施，本发明的优势就显得更加突出，不但是对整个行业产品的升级，更能很好的保护生态环境和人体健康，而且也顺应国家政策的需要。
发明内容
本发明的目的是，提供一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法，解决了传统制备工艺所制造出的聚氨酯UV树脂的有毒、有害物质多的不足，而且提高了聚氨酯UV树脂的水解稳定性、耐化学稳定性以及抗渗透性等特性，保护了环境的同时，最大程度的降低了聚氨酯对人体健康的损害。
为解决上述技术问题，本发明提供一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法，其中：
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，采用环碳酸酯、与胺类齐聚物反应制备而成；
作为一种举例说明，所述环碳酸酯为由较少重复单元的环碳酸酯聚合物所组成；
所述较少的重复单元经过多次实验验证，可比含有较多重复单元的结构带来更佳的反应效果；
作为一种举例说明，所述环碳酸酯聚合物为二氧化碳和环氧化合物偶联反应后的反应物；
环境问题中的温室气体效应越来越成为各个国家，尤其是发达国家关注的重点，作为发展中国家的我国，每年因为二氧化碳的超量排放一直被许多西方国家所诟病，而且降低二氧化碳的排放(或者提高其回收)还可以获得发达国家的资金补助，作为主要温室气体的CO2的排放量正以每年4％的速率递增,这给人类的生产、生活以及生态环境造成了日益严重的影响；
然而，CO2是地球上储量最丰富、最廉价的C元素资源，在“原子经济”、“纳米科技”、“循环利用”和“绿色化学”的潮流下，如何在相对简易且低成本的条件下实现CO2的化学固定成为国际上竞相研发的热点课题之一，利用CO2与环氧化物偶联反应合成环状碳酸酯将是CO2资源化的重要方式之一，环状碳酸酯是重要的工业原料,可用作胶粘剂、密封剂、化学涂料、电池电解液、极性溶剂和化工中间体等；
国际学术界对此偶联反应所需的催化剂做了大量研究，现有技术多采用的催化剂主要包括四级铵盐、金属配合物和离子液体等物质，该类别的催化剂虽然能起到一定的偶联反应催化作用，但是其在使用过程中对环境和人体的破坏相当严重，例如四级铵盐的强烈毒性，使得制造工人经常发生中毒事件，而且使用现有技术的催化剂并不能使得偶联反应达到良好的预期效果，且该催化剂组分成本极高，不适合未来的大规模推广应用；
本发明经过我单位多次实验操作、及科学数据验证统计，发明了一种新型偶联反应催化剂，该催化剂可以很好的催化二氧化碳与环氧化合物的偶联反应，而且无毒、低造价，特别适合大面积推广使用，符合国家节能环保思路，本发明之一种新型偶联反应催化剂，包括：聚氯乙烯、金属银氧化物和有机金属化合物；
作为一种举例说明，所述环氧化合物为环氧树脂；
作为一种举例说明，所述胺类齐聚物为脂肪族或脂环伯胺中的一种或者组合；
作为一种举例说明，所述脂环伯胺包括异佛尔酮二胺(IPDA)、二环己基二氨基甲烷、脂环胺系列固化剂或氨基聚醚中的一种；
为了更好的阐述本发明聚氨酯之反应原理，现简单介绍该发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法，所述一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂中的反应原理如下：
原理1、所述二氧化碳与环氧化合物在本发明之一种新型偶联反应催化剂的催化助推下，发生偶联反应，生成环碳酸酯聚合物；
原理2、采用环碳酸酯聚合物中较少的重复单元组成环碳酸酯；
原理3、所述环碳酸酯中的羰基被所述脂环伯胺进行亲核攻击,形成一种四面体结构的中间体；
原理4、所述脂环伯胺的另一分子攻击所述四面体结构的中间体,使其脱除一个H+后,自此，其不稳定的碳氧键被轰断；因为N原子上电子云密度高，新生成的醇离子快速向其转移从而形成最终产物；由于环碳酸酯结构中C上电子有2种转移的可能，因此C—O键有2种断裂方式，故而其最终偶合物就会形成同分异构体；
原理5、反应全部结束后，最终生成本发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂；
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将环氧树脂放入真空的反应容器中，在所述环氧树脂的上部和四周，均匀的撒上一种新型偶联反应催化剂，而后不断加入二氧化碳；
作为一种举例说明，所述加入的二氧化碳为气态形式；
作为一种举例说明，所述一种新型偶联反应催化剂，按质量百分比计，包括：35％的聚氯乙烯、40％的金属银氧化物和25％的有机金属化合物；
步骤二：当二氧化碳的吹入到1.5个大气压力值时，设置所述反应容器内的温度为100℃(经多次实验验证，此证大气压力值和温度最有利于反应的快速与充分进行)，使得CO2和环氧树脂反应得到高转化率的环碳酸酯；
步骤三：在已按步骤二完成的所述反应容器中添加胺类齐聚物，使其与环碳酸酯充分发生反应，最终反应完毕后，即制得本发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂；
作为一种举例说明，所述步骤三中的反应参数为常温、常压；
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备设备，包括一个真空的反应容器，所述反应容器连接有进气管，所述反应容器上方设置有可打开的密封盖子；
作为一种举例说明，所述反应容器上安装有气压读数表；
作为一种举例说明，所述反应容器内部安装有加热棒；
作为一种举例说明，所述反应容器内部安装有温度传感器；
作为一种举例说明，所述反应容器上安装有压力控制阀；
本发明的有益效果：
1、解决了传统制备工艺所制造出的聚氨酯UV树脂的剧毒性、有害物质多的不足，而且提高了聚氨酯UV树脂的水解稳定性、耐化学稳定性以及抗渗透性等特性，保护了环境的同时，最大程度的降低了聚氨酯对人体健康的损害；
2、该发明通过使用环碳酸酯代替异氰酸酯的替代方法，不用有毒的异氰酸酯为原料，具备安全、无毒、无溶剂等优点，附着力和耐磨性均有显著提高，可用于湿基材以及低温固化；
3、该发明通过特殊的催化剂实验研发，不仅降低了制造成本，还降低了大气中的二氧化碳的浓度，一举两得。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细说明。
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法，其中：
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，采用环碳酸酯、与胺类齐聚物反应制备而成；
作为一种举例说明，所述环碳酸酯为由较少重复单元的环碳酸酯聚合物所组成；
所述较少的重复单元经过多次实验验证，可比含有较多重复单元的结构带来更佳的反应效果；
作为一种举例说明，所述环碳酸酯聚合物为二氧化碳和环氧化合物偶联反应后的反应物；
环境问题中的温室气体效应越来越成为各个国家，尤其是发达国家关注的重点，作为发展中国家的我国，每年因为二氧化碳的超量排放一直被许多西方国家所诟病，而且降低二氧化碳的排放(或者提高其回收)还可以获得发达国家的资金补助，作为主要温室气体的CO2的排放量正以每年4％的速率递增,这给人类的生产、生活以及生态环境造成了日益严重的影响；
然而，CO2是地球上储量最丰富、最廉价的C元素资源，在“原子经济”、“纳米科技”、“循环利用”和“绿色化学”的潮流下，如何在相对简易且低成本的条件下实现CO2的化学固定成为国际上竞相研发的热点课题之一，利用CO2与环氧化物偶联反应合成环状碳酸酯将是CO2资源化的重要方式之一，环状碳酸酯是重要的工业原料,可用作胶粘剂、密封剂、化学涂料、电池电解液、极性溶剂和化工中间体等；
国际学术界对此偶联反应所需的催化剂做了大量研究，现有技术多采用的催化剂主要包括四级铵盐、金属配合物和离子液体等物质，该类别的催化剂虽然能起到一定的偶联反应催化作用，但是其在使用过程中对环境和人体的破坏相当严重，例如四级铵盐的强烈毒性，使得制造工人经常发生中毒事件，而且使用现有技术的催化剂并不能使得偶联反应达到良好的预期效果，且该催化剂组分成本极高，不适合未来的大规模推广应用；
本发明经过我单位多次实验操作、及科学数据验证统计，发明了一种新型偶联反应催化剂，该催化剂可以很好的催化二氧化碳与环氧化合物的偶联反应，而且无毒、低造价，特别适合大面积推广使用，符合国家节能环保思路，本发明之一种新型偶联反应催化剂，包括：聚氯乙烯、金属银氧化物和有机金属化合物；
作为一种举例说明，所述环氧化合物为环氧树脂；
作为一种举例说明，所述胺类齐聚物为脂肪族或脂环伯胺中的一种或者组合；
作为一种举例说明，所述脂环伯胺包括异佛尔酮二胺(IPDA)、二环己基二氨基甲烷、脂环胺系列固化剂或氨基聚醚中的一种；
为了更好的阐述本发明聚氨酯之反应原理，现简单介绍该发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂及其制备方法，所述一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂中的反应原理如下：
原理1、所述二氧化碳与环氧化合物在本发明之一种新型偶联反应催化剂的催化助推下，发生偶联反应，生成环碳酸酯聚合物；
原理2、采用环碳酸酯聚合物中较少的重复单元组成环碳酸酯；
原理3、所述环碳酸酯中的羰基被所述脂环伯胺进行亲核攻击,形成一种四面体结构的中间体；
原理4、所述脂环伯胺的另一分子攻击所述四面体结构的中间体,使其脱除一个H+后,自此，其不稳定的碳氧键被轰断；因为N原子上电子云密度高，新生成的醇离子快速向其转移从而形成最终产物；由于环碳酸酯结构中C上电子有2种转移的可能，因此C—O键有2种断裂方式，故而其最终偶合物就会形成同分异构体；
原理5、反应全部结束后，最终生成本发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂；
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将环氧树脂放入真空的反应容器中，在所述环氧树脂的上部和四周，均匀的撒上一种新型偶联反应催化剂，而后不断加入二氧化碳；
作为一种举例说明，所述加入的二氧化碳为气态形式；
作为一种举例说明，所述一种新型偶联反应催化剂，按质量百分比计，包括：35％的聚氯乙烯、40％的金属银氧化物和25％的有机金属化合物；
步骤二：当二氧化碳的吹入到1.5个大气压力值时，设置所述反应容器内的温度为100℃(经多次实验验证，此证大气压力值和温度最有利于反应的快速与充分进行)，使得CO2和环氧树脂反应得到高转化率的环碳酸酯；
步骤三：在已按步骤二完成的所述反应容器中添加胺类齐聚物，使其与环碳酸酯充分发生反应，最终反应完毕后，即制得本发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂；
作为一种举例说明，所述步骤三中的反应参数为常温、常压；
一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备设备，包括一个真空的反应容器，所述反应容器连接有进气管，所述反应容器上方设置有可打开的密封盖子；
作为一种举例说明，所述反应容器上安装有气压读数表；
作为一种举例说明，所述反应容器内部安装有加热棒；
作为一种举例说明，所述反应容器内部安装有温度传感器；
作为一种举例说明，所述反应容器上安装有压力控制阀；
本发明解决了传统制备工艺所制造出的聚氨酯UV树脂的剧毒性、有害物质多的不足，而且提高了聚氨酯UV树脂的水解稳定性、耐化学稳定性以及抗渗透性等特性，保护了环境的同时，最大程度的降低了聚氨酯对人体健康的损害；通过使用环碳酸酯代替异氰酸酯的替代方法，不用有毒的异氰酸酯为原料，具备安全、无毒、无溶剂等优点，附着力和耐磨性均有显著提高，可用于湿基材以及低温固化；通过特殊的催化剂实验研发，不仅降低了制造成本，还降低了大气中的二氧化碳的浓度，一举两得；
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，其特征在于，采用环碳酸酯、与胺类齐聚物反应制备而成；
所述环碳酸酯为由较少重复单元的环碳酸酯聚合物所组成；
所述环碳酸酯聚合物为二氧化碳和环氧化合物在一种新型偶联反应催化剂的催化下，偶联反应后得到的反应物。
2.根据权利要求1所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，其特征在于，所述一种新型偶联反应催化剂包括：聚氯乙烯、金属银氧化物和有机金属化合物。
3.根据权利要求2所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，其特征在于，所述环氧化合物为环氧树脂。
4.根据权利要求3所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，其特征在于，所述胺类齐聚物为脂肪族或脂环伯胺中的一种或者组合。
5.根据权利要求4所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂，其特征在于，所述脂环伯胺包括：异佛尔酮二胺(IPDA)、二环己基二氨基甲烷、脂环胺系列固化剂或氨基聚醚中的一种。
6.一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将环氧树脂放入真空的反应容器中，在所述环氧树脂的上部和四周，均匀的撒上一种新型偶联反应催化剂，而后不断加入二氧化碳；
步骤二：当二氧化碳的吹入到1.5个大气压力值时，设置所述反应容器内的温度为100℃(经多次实验验证，此证大气压力值和温度最有利于反应的快速与充分进行)，使得CO2和环氧树脂反应得到高转化率的环碳酸酯；
步骤三：在已按步骤二完成的所述反应容器中添加胺类齐聚物，使其与环碳酸酯充分发生反应，最终反应完毕后，即制得本发明之一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂。
7.根据权利要求6所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，其特征在于，所述加入的二氧化碳为气态形式。
8.根据权利要求6所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，其特征在于，所述一种新型偶联反应催化剂，按质量百分比计，包括：35％的聚氯乙烯、40％的金属银氧化物和25％的有机金属化合物。
9.根据权利要求6所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的反应参数为常温、常压。
10.根据权利要求6所述的一种无异氰酸酯聚氨酯UV树脂的制备方法，其特征在于，所述反应容器连接有进气管，所述反应容器上方设置有可打开的密封盖子，所述反应容器上安装有气压读数表，所述反应容器内部安装有加热棒，所述反应容器内部安装有温度传感器，所述反应容器上安装有压力控制阀。
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