CN107266641A - 一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨酯树脂及其制备方法 - Google Patents

一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨酯树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨酯树脂及其制备方法。该水性聚氨酯是由异山梨醇与环氧大豆油开环氧制得可降解生物基类多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、封端剂，通过聚合反应制备得到。本发明的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨酯树脂制备方法简单，原料易得，成本低廉，工艺简单，制备的聚氨酯具有力学性能好，可生物降解、无毒、不燃、使用安全、不污染环境等优点，并且放置稳定性好。

Description

一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨酯树脂及其制备 方法
技术领域
本发明属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂及其制备方法。
背景技术
随着人类生活质量的提高，环保法规也越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物(VOC)的排放量、有害溶剂的含量都有严格限制，因而由更加环保的生物质原料生产的水性聚氨酯产品，将成为顺应发展的主要发展方向之一。且水性聚氨酯以水为分散介质，具有低毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点，因而在涂料、胶粘剂、织物整理、皮革、合成革涂饰及油墨等领域获得了广泛的应用。
近年来，水性聚氨酯的原料之一为聚酯多元醇或聚醚多元醇，目前其来源主要为石油，而石油资源日趋枯竭，如果采用天然可再生资源为基础的生物质来替代或部分替代多元醇，或对水性聚氨酯进行改性，这不仅可以缓解石油资源造成的能源危机，而且可以降低不可降解高分子材料引起的环境污染，符合当前的可持续发展要求，正逐渐成为聚氨酯水分散体系发展的重要方向。目前，可降解聚氨酯的合成大多采用有机异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物为基本原料，并通过小分子二醇或二胺等扩链形成。而且以小分子二元醇为扩链剂制备聚氨酯的反应可控性最佳。但现有的以脂肪族二异氰酸酯为偶联剂、小分子二元醇为扩链剂的聚氨酯其力学性能都较低。因此，研发一种以小分子二元醇为扩链剂的高强度、可生物降解性的聚氨酯具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有以小分子二元醇为扩链剂的水性聚氨酯耐水、耐溶剂性及力学性能较差的缺点，提供了一种强度高，成本低廉，工艺简单，环境友好且基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂及其制备方法。
实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，是由可降解生物基类多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、封端剂，通过聚合反应制备得到。
进一步，上述所述的可降解生物基类多元醇通过如下方法制备：
(1)将环氧大豆油与异山梨醇加入反应釜，环氧大豆油与异山梨醇的质量比为1:1.5-2.5，升高温度为90-110℃，搅拌使二者充分混合，向反应釜中缓慢滴加质量为环氧大豆油质量0.05％-0.1％的催化剂，滴加完继续反应5-8h；
(2)反应结束后，向料液中加入异丙醇溶解，再加饱和碳酸钠溶液洗涤；再用旋转蒸发仪除去所述溶剂，然后减压抽滤，得到粘稠的棕黄色的可降解生物基类多元醇，反应方程式如下：
进一步，上述所述的催化剂为四氟硼酸、对甲苯磺酸、浓硫酸中的一种。
进一步，上述所述的可降解生物基类多元醇的羟值为400-600mg KOH/g。
进一步，上述所述的二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种。
进一步，上述所述的扩链剂为1,4-丁二醇、丙二醇、一缩二乙二醇中的一种。
进一步，上述所述的催化剂为有机锡类催化剂、叔胺类催化剂中的一种，有机锡类催化剂优选二丁基锡二月桂酸酯或辛酸亚锡；叔胺类催化剂优选三乙胺。
进一步，上述所述的封端剂为碱化后的木质素、羧甲基纤维素、甲壳素、淀粉中的一种。
一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将可降解生物基类多元醇、二异氰酸酯按官能团摩尔比-NCO/-OH＝ (1.1-1.5):1的比例混合后在催化剂作用下在90-110℃下进行反应，催化剂的量可为降解生物基类多元醇质量的0.01％-0.05％，搅拌反应8-10h制得聚氨酯预聚物；
(2)在步骤(1)中得到的聚氨酯预聚物中，加入亲水性扩链剂，扩链剂与二异氰酸酯的摩尔质量比为(0.6-0.9)：1，进行扩链反应3-5h；
(3)以丙酮为反应溶剂，将步骤(2)得到的半封端聚氨酯预聚物与封端剂混合，所述半封端聚氨酯预聚物中未反应的-NCO基团与封端剂中所含-OH 的摩尔比为1∶(1.5-2)，在温度为90-100℃条件下反应4-8h，抽真空脱除丙酮，即得基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，反应方程式如下：

Claims (9)

1.一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：是由可降解生物基类多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、封端剂，通过聚合反应制备得到。
2.如权利要求1所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的可降解生物基类多元醇通过如下方法制备：
（1）将环氧大豆油与异山梨醇加入反应釜，环氧大豆油与异山梨醇的质量比为1: 1.5-2.5，升高温度为90-110℃，搅拌使二者充分混合，向反应釜中缓慢滴加质量为环氧大豆油质量0.05%-0.1%的催化剂，滴加完继续反应5-8h；
（2）反应结束后，向料液中加入异丙醇溶解，再加饱和碳酸钠溶液洗涤；再用旋转蒸发仪除去异丙醇，然后减压抽滤，得到粘稠的棕黄色的可降解生物基类多元醇。
3.如权利要求2所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的催化剂为四氟硼酸、对甲苯磺酸、浓硫酸中的一种。
4.如权利要求2所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的可降解生物基类多元醇的羟值为 400-600mg KOH/g。
5.如权利要求1所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种。
6.如权利要求1所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的扩链剂为1 ,4-丁二醇、丙二醇、一缩二乙二醇中的一种。
7.如权利要求1所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的催化剂为有机锡类催化剂、叔胺类催化剂中的一种。
8.如权利要求1所述的一种基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂，其特征在于：所述的封端剂为碱化后的木质素、羧甲基纤维素、甲壳素、淀粉中的一种。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
（1）将可降解生物基类多元醇、二异氰酸酯按官能团摩尔比 -NCO/-OH ＝ 1.1-1.5:1的比例混合后在催化剂作用下在 90-110℃下进行反应，催化剂的量可为降解生物基类多元醇质量的0.01-0.05%，搅拌反应8-10h制得聚氨酯预聚物；
（2）在步骤（1）中得到的聚氨酯预聚物中，加入亲水性扩链剂，扩链剂与二异氰酸酯的摩尔质量比为0.6-0.9：1，进行扩链反应3-5h；
（3）以丙酮为反应溶剂，将步骤（2）得到的半封端聚氨酯预聚物与封端剂混合，所述半封端聚氨酯预聚物中未反应的 -NCO 基团与封端剂中所含 -OH 的摩尔比为 1∶(1.5-2)，在温度为90-100℃条件下反应4-8 h，抽真空脱除丙酮，即得基于可降解生物基类的环保型水性聚氨脂树脂。
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