CN109553754A - 一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂 - Google Patents

一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，本发明采用溶液法合成出羟基封端的线型聚芳砜改性剂，并将之用于改性聚氨酯固化剂，本发明固化剂的分子结构中含有大量聚芳砜链段，因此具有高硬度、耐高温性能好、耐溶剂性能好、耐酸碱性能，应用前景广泛。

Description

一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂
技术领域
本发明涉及一种固化剂，尤其涉及到一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，属于有机合成技术领域。
技术背景
聚氨酯固化剂多以双组份的形式与其它树脂搭配使用，通常聚氨酯以固化剂预聚体的形式存在；使用时，将固化剂与羟基树脂两组分混，在常温或高温交联固化成膜。游离异氰酸酯单体对人体的危害主要是致敏和刺激作用，对眼有刺激性，呼吸道吸入后有咳嗽、哮喘症状等。游离异氰酸酯单体是聚氨酯涂料的一项重要的环境指标，随着社会环保意识的不断增强，游离异氰酸酯单体含量被要求的越来越严格。目前去游离单体方法大体分为三种，分子蒸馏法、溶剂萃取法以及化学催化法，其中前两种为物理方法，其优点是处理后的固化剂粘度低便于施工、存储期相对较长以及游离单体去除彻底，但缺点是设备费用昂贵、操作复杂、生产周期长且溶剂消耗量大，国内工业鲜有应用。
中国专利CN201710398490.9公开了一种低游离单体含量的TDI三聚体亮光固化剂，其由以下重量份的原料制备而成：甲苯二异氰酸酯45-55份、乙酸乙酯10-30份、乙酸丁酯10-20份、复合醇5-15份、促进剂0.8-2份、催化剂0.2-0.8份、叔丁胺0.2-0.5份、终止剂1-2份；该发明工艺操作简单，无需大型设备投资、生产成本低、产品性能完全满足涂料领域的应用，利于健康环保；该发明的制备方法通过独特的工艺路线、工艺参数、具体用料等的协同组合与选择，使得制得的固化剂的固含量为75±2％，NCO值为11.0±0.3，游离TDI百分含量不大于0.5％，而且固化剂相容性好，可以和丙烯酸树脂相容，用于亮光面漆；用于涂料时，漆膜干燥速度快、漆膜硬度高、抗刮伤、柔韧性好。但是现存固化剂配制的聚氨酯涂料完全固化后，存在硬度和柔韧性很难同时兼顾、阻燃性能差、耐腐蚀性差、耐酸碱性能差的缺点。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的旨在提供一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂。
聚芳砜为特殊工程聚合物的一种，具有连续使用温度高、硬度高、耐溶剂性能好、耐腐蚀性的优点，本发明采用溶液法合成出羟基封端的线型聚芳砜改性剂，并将之用于改性聚氨酯固化剂；本发明提供以下技术方案，一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于，它的分子结构中含有大量聚芳砜链段，按重量份数计，其制备方法包括如下步骤：
（1）制备羟基封端的线型聚芳砜改性剂：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120-150份的二元酚化合物、130-145份4,4'-二氯二苯砜、10-20份分水溶剂、0.2-0.5份催化剂；然后加热反应釜至140-150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170-175℃，然后170-175℃下保温反应3-4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的线型聚芳砜改性剂；
（2）聚芳砜改性聚氨酯固化剂的制备：首先将0.05-0.08份促进剂、3-8份有机溶剂加入到混合釜中搅拌分散均匀，得滴加液Ⅰ备用；在氮气保护下，在反应装置中加入（1）中20-30份羟基封端的线型聚芳砜改性剂、40-60份甲苯二异氰酸酯、4-8份多元醇化合物、12-25份有机溶剂，开启搅拌将物料搅拌均匀，加热至85-95℃反应2-3h后；然后降温至75-85℃，向反应装置中逐滴滴加Ⅰ，0.5h-1h滴加完毕，滴加完毕后50-80℃继续反应2-4h，反应过程中每0.5h测量体系-NCO百分含量，当体系达到目标-NCO百分含量为12%-9%后，立即降温至20℃，加入0.1-0.3份抗氧化剂，即得高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂。
所述的二元酚化合物为双酚A、4,4'-联苯二酚、4,4'-二羟基二苯砜、4,4'-异亚丙基二邻甲酚中的至少一种。
所述的分水溶剂为N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
所述的催化剂为碳酸氢钾、碳酸钾、对甲基苯磺酰氯、对甲基苯磺酸、溴化碘中的至少一种。
所述的促进剂为N,N-二甲基对甲苯胺、N-甲基吡咯、三乙醇胺、N,N二甲基对甲苯磺酰氯中的至少一种。
所述的有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。
所述的多元醇化合物为三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇中的至少一种。
所述的抗氧化剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三乙酯、叔丁基对苯二酚、亚磷酸三甲酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。
本发明所述的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，具有高硬度、耐高温性能好、耐溶剂性能好、耐酸碱性能，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂M，其特征在于，它的分子结构中含有大量聚芳砜链段，按重量份数计，其制备方法包括如下步骤：
（1）制备羟基封端的线型聚芳砜改性剂：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：150份的4,4'-二羟基二苯砜、145份4,4'-二氯二苯砜、20份、四氢呋喃、0.5份碳酸钾；然后加热反应釜至150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至175℃，然后175℃下保温反应3h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的线型聚芳砜改性剂；
（2）聚芳砜改性聚氨酯固化剂的制备：首先将0.05-0.08份N,N-二甲基对甲苯胺、3-8份丙酮加入到混合釜中搅拌分散均匀，得滴加液Ⅰ备用；在氮气保护下，在反应装置中加入（1）中20-30份羟基封端的线型聚芳砜改性剂、40-60份甲苯二异氰酸酯、4-8份三羟甲基丙烷、12-25份环己酮，开启搅拌将物料搅拌均匀，加热至85-95℃反应2-3h后；然后降温至75-85℃，向反应装置中逐滴滴加Ⅰ，0.5h-1h滴加完毕，滴加完毕后50-80℃继续反应2-4h，反应过程中每0.5h测量体系-NCO百分含量，当体系达到目标-NCO百分含量为12%-9%后，立即降温至20℃，加入0.1-0.3份亚磷酸三苯酯，即得高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂M。
实施例2
一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂N，其特征在于，它的分子结构中含有大量聚芳砜链段，按重量份数计，其制备方法包括如下步骤：
（1）制备羟基封端的线型聚芳砜改性剂：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120份的4,4'-联苯二酚、130份4,4'-二氯二苯砜、10份甲苯、0.2份碳酸氢钾；然后加热反应釜至140℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170℃，然后170℃下保温反应4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的线型聚芳砜改性剂；
（2）聚芳砜改性聚氨酯固化剂的制备：首先将0.05份三乙醇胺、3份乙酸丁酯加入到混合釜中搅拌分散均匀，得滴加液Ⅰ备用；在氮气保护下，在反应装置中加入（1）中20份羟基封端的线型聚芳砜改性剂、40份甲苯二异氰酸酯、4份季戊四醇、12份乙酸丁酯，开启搅拌将物料搅拌均匀，加热至85℃反应3h后；然后降温至75℃，向反应装置中逐滴滴加Ⅰ，0.5h滴加完毕，滴加完毕后50℃继续反应4h，反应过程中每0.5h测量体系-NCO百分含量，当体系达到目标-NCO百分含量为12%-9%后，立即降温至20℃，加入0.1份亚磷酸三乙酯，即得高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂N。
实施例3
一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂P，其特征在于，它的分子结构中含有大量聚芳砜链段，按重量份数计，其制备方法包括如下步骤：
（1）制备羟基封端的线型聚芳砜改性剂：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：132份的双酚A、140份4,4'-二氯二苯砜、13份N-甲基吡咯烷酮、0.4份对甲基苯磺酰氯；然后加热反应釜至145℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至172℃，然后172℃下保温反应3.5h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的线型聚芳砜改性剂；
（2）聚芳砜改性聚氨酯固化剂的制备：首先将0.08份N-甲基吡咯、8份二甲亚砜加入到混合釜中搅拌分散均匀，得滴加液Ⅰ备用；在氮气保护下，在反应装置中加入（1）中30份羟基封端的线型聚芳砜改性剂、60份甲苯二异氰酸酯、8份新戊二醇、25份二甲亚砜，开启搅拌将物料搅拌均匀，加热至95℃反应2h后；然后降温至85℃，向反应装置中逐滴滴加Ⅰ，1h滴加完毕，滴加完毕后80℃继续反应2h，反应过程中每0.5h测量体系-NCO百分含量，当体系达到目标-NCO百分含量为12%后，立即降温至20℃，加入0.3份亚磷酸三甲酯，即得高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂P。
经检测，实施例1、2、3中固化剂理化性能如下表：
分别将实施例1、2、3中固化剂、市售固化剂（对比例）与市售醇酸树脂按照-NCO、-OH比为1:1混合，在使用前2h充分分散均匀，喷涂于木器表面，完全固化后测试漆膜性能参数如下表：
尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (8)

1.一种高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于，它的分子结构中含有大量聚芳砜链段，按重量份数计，其制备方法包括如下步骤：
（1）制备羟基封端的线型聚芳砜改性剂：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120-150份的二元酚化合物、130-145份4,4'-二氯二苯砜、10-20份分水溶剂、0.2-0.5份催化剂；然后加热反应釜至140-150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170-175℃，然后170-175℃下保温反应3-4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的线型聚芳砜改性剂；
（2）聚芳砜改性聚氨酯固化剂的制备：首先将0.05-0.08份促进剂、3-8份有机溶剂加入到混合釜中搅拌分散均匀，得滴加液Ⅰ备用；在氮气保护下，在反应装置中加入（1）中20-30份羟基封端的线型聚芳砜改性剂、40-60份甲苯二异氰酸酯、4-8份多元醇化合物、12-25份有机溶剂，开启搅拌将物料搅拌均匀，加热至85-95℃反应2-3h后；然后降温至75-85℃，向反应装置中逐滴滴加Ⅰ，0.5h-1h滴加完毕，滴加完毕后50-80℃继续反应2-4h，反应过程中每0.5h测量体系-NCO百分含量，当体系达到目标-NCO百分含量为12%-9%后，立即降温至20℃，加入0.1-0.3份抗氧化剂，即得高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂。
2.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述的二元酚化合物为双酚A、4,4'-联苯二酚、4,4'-二羟基二苯砜、4,4'-异亚丙基二邻甲酚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述的分水溶剂为N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述的催化剂为碳酸氢钾、碳酸钾、对甲基苯磺酰氯、对甲基苯磺酸、溴化碘中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于：所述的促进剂为N,N-二甲基对甲苯胺、N-甲基吡咯、三乙醇胺、N,N二甲基对甲苯磺酰氯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于：所述的有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于，所述的多元醇化合物为三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的高硬度耐溶剂性能好的聚芳砜改性聚氨酯固化剂，其特征在于：所述的抗氧化剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三乙酯、叔丁基对苯二酚、亚磷酸三甲酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。
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