CN105778039B - 点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。其技术方案是:将25~35wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,110~120ºC和真空脱水1~2.5h,降温至60~90ºC;加入10~20wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应1~3h;加入1~5wt%的含羧基的扩链剂,反应2~4h;加入1~5wt%的丙酮,降温至20~35ºC,加入2~6wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。将所述聚氨酯预聚体降至室温,加入1~5wt%的二硫醇类后扩链剂,反应5~15min;然后在3000rpm条件下,加入40~50wt%的蒸馏水,搅拌1~3h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。本发明制备工艺简单、反应时间短和能耗低;所制备的制品稳定性好、固含量高、低毒环保和粘结性能好,应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于水性聚氨酯胶黏剂技术领域。具体涉及一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的进步及人们环保意识的加强,水性高分子分散液成为环境友好型胶黏剂发展的方向。水性聚氨酯分散液是一种利用水代替有机溶剂作为分散介质所得到的分散液,具有低VOC、安全和无污染等特点,被称为绿色环保产品。
“一种单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法”(CN 103305177A)专利技术,公开了单组份水性聚氨酯胶粘剂的制备方法,制备方法中使用了催化剂,同时所使用的后扩链剂为二醇类,四次扩链耗时11h左右,使得合成时间较长,而且后扩链过程中还需控制温度在30ºC以上使得合成过程能耗大。“一种基于HDI-TDI的水性聚氨酯胶粘剂的制备方法”(CN102492113A)专利技术,公开了HDI-TDI的水性聚氨酯胶粘剂的制备方法,所制得的水性聚氨酯胶黏剂虽活化温度低和耐热温度高,但在合成中使用的后扩链剂为二醇类,需要在70℃条件下反应3h左右,耗能大。
由此可知,目前水性聚氨酯分散液一般在外加催化剂的条件下进行后扩链,由于后扩链使用二醇,故需在高于室温条件下反应,反应时间均大于30min,使得合成工艺较为复杂。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,目的在于提供一种合成工艺简单、反应时间短和能耗低的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法,用该方法制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液固含量高、稳定性好、低毒环保和粘结性能好。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案的具体步骤是:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将25~35wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120ºC和真空条件下脱水1~2.5h,降温至60~90ºC;加入10~20wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应1~3h;加入1~5wt%的含羧基的扩链剂,继续反应2~4h;加入1~5wt%的丙酮,降温至20~35ºC,加入2~6wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行。
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入1~5wt%的二硫醇类后扩链剂,反应5~15min;然后在3000rpm条件下,再加入40~50wt%的蒸馏水,搅拌1~3h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为600~4000。
所述脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。
所述含羧基的扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、或为二羟甲基丁酸。
所述二硫醇类后扩链剂为3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇、或为二硫代乙二醇。
由于采用上述技术方案,本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
(1)本发明在制备聚氨酯预聚体过程中,中和剂三乙胺能够使混合物体系呈碱性,对硫醇-异氰酸酯点击反应起到催化作用,后扩链过程中没有另加催化剂,反应在室温条件下5~15min便可完成。简化了合成工艺,缩短了反应时间,有利于工业化生产。
(2)本发明制备过程中使用丙酮量少,所得点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液环保低毒。
(3)本发明所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液透明泛蓝光,固含量可达46%,放置五个月粘度基本不变,均维持在1000~5000 mPa·s范围,故其稳定性好。
(4)本具体实施方式所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液对木板、PVC和铝板等有好的粘结作用,如用于木板-木板的粘结时,拉伸剪切强度可达3.5MPa。
因此,本发明的制备工艺简单、反应时间短和能耗低;所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液稳定性好、固含量高、低毒环保和粘结性能好,应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述,并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将25~30wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120ºC和真空条件下脱水1~1.5h,降温至60~80ºC;加入10~15wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应1~1.5h;加入1~4wt%的含羧基的扩链剂,继续反应2~3.5h;加入1~4wt%的丙酮,降温至20~25ºC,加入2~5wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行。
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入1~4wt%的二硫醇类后扩链剂,反应5~7min;然后在3000rpm条件下,再加入45~50wt%的蒸馏水,搅拌1~2h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为600~1000。
所述脂肪族二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
所述含羧基的扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。
所述二硫醇类后扩链剂为3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇。
本实施例制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液经检测:固含量为38~40wt%;黏度为1000~1500mPa·s;木板-木板拉伸剪切强度为2.5~2.8MPa;乳液外观透明,泛蓝。
实施例2
一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将26~31wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120ºC和真空条件下脱水1.5~2h,降温至63~83ºC;加入11~16wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应1.5~2h;加入1.5~4.5wt%的含羧基的扩链剂,继续反应2.5~3.5h;加入1.5~4.5wt%的丙酮,降温至23~28ºC,加入2.2~5.2wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行。
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入1.3~4.3wt%的二硫醇类后扩链剂,反应6~9min;然后在3000rpm条件下,再加入44~49wt%的蒸馏水,搅拌1.5~2.5h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为1000~1800。
所述脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
所述含羧基的扩链剂为二羟甲基丁酸。
所述二硫醇类后扩链剂为二硫代乙二醇。
本实施例制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液经检测:固含量为40~43wt%;黏度为1200~2000mPa·s;木板-木板拉伸剪切强度为2.6~3.0MPa;乳液外观透明,泛蓝。
实施例3
一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将27~32wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120ºC和真空条件下脱水1.5~2h,降温至65~85ºC;加入12~17wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应2~2.5h;加入1.6~4.6wt%的含羧基的扩链剂,继续反应2.5~3.5h;加入1.6~4.6wt%的丙酮,降温至26~31ºC,加入2.4~5.4wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行。
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入1.6~4.6wt%的二硫醇类后扩链剂,反应7~10min;然后在3000rpm条件下,再加入43~48wt%的蒸馏水,搅拌1.5~2.5h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为1800~2500。
所述脂肪族二异氰酸酯为氢化二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述含羧基的扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。
所述二硫醇类后扩链剂为3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇。
本实施例制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液经检测:固含量为42~44.5wt%;黏度为1700~2800mPa·s;木板-木板拉伸剪切强度为2.8~3.3MPa;乳液外观透明,泛蓝。
实施例4
一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将26~31wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120ºC和真空条件下脱水2~2.5h,降温至68~88ºC;加入15~20wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应2.5~3h;加入1.8~4.8wt%的含羧基的扩链剂,继续反应3~4h;加入1.8~4.8wt%的丙酮,降温至29~34ºC,加入2.6~5.6wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行。
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入1.8~4.8wt%的二硫醇类后扩链剂,反应9~12min;然后在3000rpm条件下,再加入42~47wt%的蒸馏水,搅拌2~3h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为2500~3000。
所述脂肪族二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
所述含羧基的扩链剂为二羟甲基丁酸。
所述二硫醇类后扩链剂为二硫代乙二醇。
本实施例制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液经检测:固含量为43~45wt%;黏度为2000~3800mPa·s;木板-木板拉伸剪切强度为3.0~3.5MPa;乳液外观透明,泛蓝。
实施例5
一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将30~35wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120ºC和真空条件下脱水2~2.5h,降温至70~90ºC;加入14~19wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应2~3h;加入2~5wt%的含羧基的扩链剂,继续反应3~4h;加入2~5wt%的丙酮,降温至30~35ºC,加入3~6wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体。
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行。
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入3~5wt%的二硫醇类后扩链剂,反应12~15min;然后在3000rpm条件下,再加入40~45wt%的蒸馏水,搅拌2~3h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为3000~4000。
所述脂肪族二异氰酸酯为氢化二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述含羧基的扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸。
所述二硫醇类后扩链剂为3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇。
本实施例制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液经检测:固含量为44~46wt%;黏度为3000~5000mPa·s;木板-木板拉伸剪切强度为3.3~3.6MPa;乳液外观透明,泛蓝。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果:
(1)本具体实施方式在制备聚氨酯预聚体过程中,中和剂三乙胺能够使混合物体系呈碱性,对硫醇-异氰酸酯点击反应起到催化作用,在后扩链过程中没有另加催化剂,反应在室温条件下5~15min便可完成。简化了合成工艺,缩短了反应时间,有利于工业化生产。
(2)本具体实施方式制备过程中使用丙酮量少,所得点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液环保低毒。
(3)本具体实施方式所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液透明泛蓝光,固含量可达46%;放置五个月粘度基本不变,均维持在1000~5000 mPa·s范围,故其稳定性好。
(4)本具体实施方式所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液对木板、PVC和铝板等有好的粘结作用,如用于木板-木板的粘结时,拉伸剪切强度可达3.5MPa。
因此,本具体实施方式的制备工艺简单、反应时间短和能耗低;所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液稳定性好、固含量高、低毒环保和粘结性能好,应用前景广阔。
Claims (6)
1.一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法,其特征在于:
步骤一、聚氨酯预聚体的制备
将25~35wt%的聚四氢呋喃醚二醇加入反应器中,于110~120℃和真空条件下脱水1~2.5h,降温至60~90℃;加入10~20wt%的脂肪族二异氰酸酯,反应1~3h;加入1~5wt%的含羧基的扩链剂,继续反应2~4h;加入1~5wt%的丙酮,降温至20~35℃,加入2~6wt%的三乙胺,得到聚氨酯预聚体;
步骤一是在转速为100rpm的条件下进行;
步骤二、点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备
将步骤一所得聚氨酯预聚体降温至室温,在100rpm条件下,向聚氨酯预聚体中加入1~5wt%的二硫醇类后扩链剂,反应5~15min;然后在3000rpm条件下,再加入40~50wt%的蒸馏水,搅拌1~3h,得到点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
2.根据权利要求1所述的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法,其特征在于所述聚四氢呋喃醚二醇的分子质量为600~4000。
3.根据权利要求1所述的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法,其特征在于所述脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法,其特征在于所述含羧基的扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、或为二羟甲基丁酸。
5.根据权利要求1所述的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法,其特征在于所述二硫醇类后扩链剂为3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇、或为二硫代乙二醇。
6.一种点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液,其特征在于所述点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液是根据权利要求1~5项中任一项所述点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液的制备方法所制备的点击化学后扩链的水性聚氨酯分散液。
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