CN112552499B - 一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯 - Google Patents

一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯 Download PDF

Info

Publication number
CN112552499B
CN112552499B CN202011450586.3A CN202011450586A CN112552499B CN 112552499 B CN112552499 B CN 112552499B CN 202011450586 A CN202011450586 A CN 202011450586A CN 112552499 B CN112552499 B CN 112552499B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
polyester polyol
component
block polyester
koh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011450586.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112552499A (zh
Inventor
李杨
张存玉
孙令民
黄岐善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wanhua Chemical Group Co Ltd
Original Assignee
Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wanhua Chemical Group Co Ltd filed Critical Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority to CN202011450586.3A priority Critical patent/CN112552499B/zh
Publication of CN112552499A publication Critical patent/CN112552499A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112552499B publication Critical patent/CN112552499B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/688Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing sulfur
    • C08G63/6884Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing sulfur derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/6886Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
    • C08G18/12Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step using two or more compounds having active hydrogen in the first polymerisation step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/32Polyhydroxy compounds; Polyamines; Hydroxyamines
    • C08G18/3203Polyhydroxy compounds
    • C08G18/3206Polyhydroxy compounds aliphatic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
    • C08G18/46Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain having heteroatoms other than oxygen
    • C08G18/4676Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain having heteroatoms other than oxygen containing sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6633Compounds of group C08G18/42
    • C08G18/6637Compounds of group C08G18/42 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6648Compounds of group C08G18/42 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3225 or C08G18/3271 and/or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6651Compounds of group C08G18/42 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3225 or C08G18/3271 and/or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3225 or polyamines of C08G18/38
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6633Compounds of group C08G18/42
    • C08G18/6637Compounds of group C08G18/42 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6648Compounds of group C08G18/42 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3225 or C08G18/3271 and/or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6655Compounds of group C08G18/42 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3225 or C08G18/3271 and/or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3271

Abstract

本发明公开一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯。所述嵌段聚酯多元醇的结构通式为
Figure DDA0002826686490000011
其中,R3为含磺酸盐的二元酸或其衍生物的残基;R4

Description

一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯
技术领域
本发明属于多元醇领域和聚氨酯领域,具体的涉及聚酯多元醇及其制备的水性聚氨酯。
背景技术
由溶剂型聚氨酯树脂制备的涂料中含有大量的挥发性有机化合物(VOC),其在使用过程中会造成环境污染、资源浪费等问题。相较于溶剂型聚氨酯,水性聚氨酯具有无毒、无污染等优点,可应用于皮革涂饰、金属涂层等多个领域。目前,水性聚氨酯主要分为羧酸型和磺酸型。羧酸型水性聚氨酯主要是在制备过程中引入内乳化剂2,2-二羟甲基丙酸等,内乳化剂经胺类物质中和后可形成羧酸盐,从而使聚氨酯可在水中分散;但是,此类水性聚氨酯制备过程复杂,且胺类中和剂毒性较大。磺酸型水性聚氨酯在制备过程中直接使用磺酸盐型的多元醇或扩链剂,后续无需进行中和反应,且磺酸盐属于强酸强碱盐,亲水性较强,可制备高固含的水性聚氨酯。然而,磺酸盐型聚酯多元醇中存在大量的酯键,且磺酸盐亲水性较强,因此该类聚酯多元醇在贮存过程中易于水解,从而产生低分子量的聚酯多元醇,影响所制备聚氨酯树脂的分子量,进一步会对相关产品的抗冲击性和致密性等性能产生不良效果。
专利CN107226901A公开了一种阳离子可染疏水聚酯及其制备方法和用途,其主要是在磺酸盐型聚酯中引入含氟单体,提高了聚酯的疏水性和可染性能,但氟原子的引入会降低产品的附着力。
专利CN111484423A则公开了一种含多巴胺二醇和其改性水性聚氨酯分散体及其制备方法和应用,其主要是以多巴胺二醇作为扩链剂,提高水性聚氨酯的附着力,但是该专利中含多巴胺二醇的合成方法和工艺复杂,且多巴胺二醇作为扩链剂的脂溶性较差、反应活性较低。
因此,有必要制备一种具有良好耐水解性、贮存稳定性和高附着力的磺酸盐型聚酯多元醇。
发明内容
本发明提供一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯。解决现有技术中磺酸盐型聚酯多元醇易水解、贮存稳定性差等问题;使用嵌段聚酯多元醇制备的水性聚氨酯,具有优异的附着性能。
本发明为达到上述目的,采用的技术方案如下:
本发明提供的一种磺酸盐型嵌段聚酯多元醇,具有如下结构通式,
Figure BDA0002826686480000021
其中,
Figure BDA0002826686480000022
a=1-26;
Figure BDA0002826686480000023
Figure BDA0002826686480000024
b=2-28;
Figure BDA0002826686480000025
M为Li、Na、K阳离子中的一种;
Figure BDA0002826686480000026
c=0-6;
Figure BDA0002826686480000027
Figure BDA0002826686480000031
其中,y/x表示含磺酸盐的二元酸或其衍生物的残基与普通二元酸残基的摩尔比,y/x=0.1-0.6,优选地,y/x=0.3-0.5;z/x表示含邻苯二酚结构的二元酸的残基与普通二元酸残基的摩尔比,z/x=0.02-0.2,优选地,z/x=0.05-0.1;其中,n/x表示含氟二元酸与普通二元酸残基的摩尔比,n/x=0.1-0.6,优选地,n/x=0.3-0.5。
一种本发明所述的磺酸盐型嵌段聚酯多元醇的制备方法,包括以下步骤:
(1)在惰性气体保护下,将组分A普通二元酸、组分B二元醇、组分C含磺酸盐的二元酸或其衍生物和组分D含邻苯二酚结构的二元酸在140-160℃反应0.5h-1.5h;在170-180℃反应0.5h-1.5h;在200-215℃,反应至酸值低于5mg KOH/g;
(2)降温至160-180℃,加入组分E含氟二元酸,反应0.5h-1.5h;在210-230℃,任选加入催化剂,反应1.0-5.0h,同时,开启真空,除去反应产物水和多余的醇单体,取样测试酸值和羟值,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇。
本发明所述的方法中,组分A为普通二元酸,不含特殊官能团,其为含有3-28个碳原子的直链二元酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸和1,4-环己烷二甲酸中的一种或多种,优选为己二酸、癸二酸、丁二酸、戊二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或多种,进一步优选为己二酸、癸二酸中的一种或多种。
本发明所述的方法中,组分B为含有2-28个碳原子的直链二元醇、新戊二醇和1,4-环己烷二甲醇中的一种或多种,优选为乙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇中的一种或多种,进一步优选为乙二醇、新戊二醇、1,3-丙二醇中的一种或多种。
本发明所述的方法中,组分C含磺酸盐的二元酸或其衍生物为间苯二甲酸-5-磺酸钠、丁二酸-2-甲基磺酸钠、丁二酸酐-3-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、1,3-间苯二甲酸双羟乙酯-5-磺酸钠中的一种或多种,优选为间苯二甲酸-5-磺酸钠、丁二酸-2-甲基磺酸钠中的一种或多种,进一步优选为间苯二甲酸-5-磺酸钠。
本发明所述的方法中,组分D为含邻苯二酚结构的二元酸,具有如下结构通式,其中c=0、1、2、3、4、5、6;
Figure BDA0002826686480000041
优选地,所述含邻苯二酚结构的二元酸为1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸
Figure BDA0002826686480000042
本发明所述的方法中,组分E含氟二元酸为全氟戊二酸、四氟对苯二甲酸、四氟邻苯二甲酸、八氟己二酸、全氟辛二酸、全氟壬二酸、全氟癸二酸中的一种或多种,优选为四氟对苯二甲酸和四氟邻苯二甲酸中的一种或多种,进一步优选为四氟对苯二甲酸。
本发明所述的磺酸盐型嵌段聚酯多元醇,酸值为0.01-10.00mg KOH/g,羟值为10-250mg KOH/g,数均分子量为450-11220g/mol;优选地,酸值为0.01-5.00mg KOH/g,羟值为30-150mg KOH/g,数均分子量为748-3740g/mol;进一步优选地,酸值为0.01-2.00mg KOH/g,羟值为56-112mg KOH/g,数均分子量为1000-2000g/mol。
本发明所述的方法中,所述催化剂可为钛类、锡类、锑类中的一种或多种,如钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯、二氧化钛、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、氯化亚锡、醋酸锑、三氧化二锑、乙二醇锑等中的一种或多种。优选地,所述磺酸盐型嵌段聚酯多元醇的制备方法中,使用钛类催化剂,如钛酸正丁酯和/或钛酸四异丙酯。
本发明所述的催化剂用量为0-500ppm(以酸和醇类单体总质量计算),优选地,催化剂用量为50-300ppm。
本发明所述的磺酸盐型嵌段聚酯多元醇用于制备水性聚氨酯。
一种制备水性聚氨酯的方法,包括以下步骤:
(1)预聚阶段:将本发明所述磺酸盐型嵌段聚酯多元醇、二异氰酸酯、醇类扩链剂和催化剂在70-80℃反应,直至NCO含量达到理论值;
(2)扩链阶段:降温至50-60℃,加入胺类扩链剂进行扩链,至NCO含量达到理论值;
(3)乳化阶段:按照固含量30-60%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到聚氨酯乳液。
本发明所述的二异氰酸酯为IPDI、TDI和MDI中的一种或多种,优选为IPDI。
本发明所述的醇类扩链剂为1,4-丁二醇、新戊二醇(NPG)和1,6-己二醇中的一种或多种,优选为新戊二醇。
本发明所述的胺类扩链剂为羟乙基乙二胺、乙二胺和3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺(MOCA)中的一种或多种,优选为羟乙基乙二胺。
本发明所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡(T12)和辛酸亚锡(T9)中的一种或多种,优选为二月桂酸二丁基锡。
本发明所述的制备水性聚氨酯的方法中,以磺酸盐型嵌段聚酯多元醇、二异氰酸酯、醇类扩链剂、胺类扩链剂和催化剂的总重量为100%计,各组分的用量以重量百分数表示如下:
磺酸盐型嵌段聚酯多元醇:75-89%
二异氰酸酯:9-22%
醇类扩链剂:1-3%
胺类扩链剂:0.10-0.95%
催化剂:0.02-0.05%。
本发明的方案具有以下优点:
(1)本发明制备的聚酯多元醇为磺酸盐型,具有良好的亲水性,由该聚酯多元醇制备聚氨酯时无需使用胺类中和剂,VOC含量低、毒性低;
(2)本发明制备的聚酯多元醇为嵌段共聚物,包括含磺酸盐链段和含氟原子链段,含氟原子链段易于趋向材料表面,可有效减少材料表面磺酸盐的含量,降低材料的吸水性,大大提高聚酯多元醇的耐水解性和贮存稳定性;
(3)本发明将邻苯二酚结构引入到聚酯多元醇中,制备聚氨酯过程中,聚酯多元醇的脂溶性好,邻苯二酚结构更易引入到聚氨酯中,聚氨酯具有优异的附着性能;
(4)本发明将邻苯二酚结构引入到聚酯多元醇中,邻苯二酚结构易被氧化成邻苯二醌结构,避免聚合物中的其他结构被氧化,提高了聚酯多元醇的抗氧化性。
本发明所述的一种磺酸盐型嵌段聚酯多元醇,其可用于制备水性聚氨酯,应用于涂料、油墨、胶黏剂和纺织等领域。
具体实施方式:
本发明提供一种磺酸盐型嵌段聚酯多元醇及其制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明并不局限于此。
实施例和对比例中所用主要原料说明如下:
1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸购自杭州赛奇化工有限公司,
四氟对苯二甲酸、四氟间苯二甲酸、全氟戊二酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠、丁二酸-2-甲基磺酸钠购自天津希恩斯生化科技有限公司;
新戊二醇、乙二醇、1,3-丙二醇、己二酸、对苯二甲酸等购自万华化学。
实施例和对比例酸值测试方法参考化工行业标准HG/T 2708-1995,羟值测试方法参考化工行业标准HG/T 2709-1995。
实施例和对比例聚酯多元醇的耐水解性和贮存稳定性主要通过其pH值变化进行判定,操作方法参考文献《高性能水性聚酯树脂的合成及其应用》。
实施例和对比例聚氨酯的附着力测试方法参考GB9286-1998。
实施例1:
(1)磺酸盐型嵌段聚酯多元醇A的制备
①将12.11kg新戊二醇、10.00kg己二酸、5.50kg间苯二甲酸-5-磺酸钠和1.16kg1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸混合均匀,升温至140℃恒温0.5h,继续升温至170℃,恒温反应0.5h,最终,将温度升至200℃,反应至酸值小于5mg KOH/g;②降温至180℃,加入4.89kg四氟对苯二甲酸,恒温反应1.5h,然后,将温度升至230℃,加入1.68g钛酸正丁酯,反应5.0h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇A,其酸值为0.01mg KOH/g、羟值为56.10mg KOH/g,数均分子量为2000g/mol。
(2)水性PU-A的制备
①预聚阶段:将200g磺酸盐型嵌段聚酯多元醇A、44.63g IPDI、5.00g NPG和0.13gT12加入到反应釜中,温度80℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至50℃,加入0.25g羟乙基乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量50%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-A乳液。
实施例2:
(1)磺酸盐型嵌段聚酯多元醇B的制备
①将12.74kg乙二醇、10.00kg己二酸、8.25kg间苯二甲酸-5-磺酸钠和1.74kg 1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸混合均匀,升温至150℃恒温1.0h,继续升温至175℃,恒温反应1.0h,最终,将温度升至210℃,反应至酸值小于5mg KOH/g;②降温至170℃,加入8.14kg四氟间苯二甲酸,恒温反应1.0h,然后,将温度升至220℃,加入7.15g钛酸正丁酯,反应2.5h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇B,其酸值为10.00mg KOH/g、羟值为224.40mg KOH/g,数均分子量为500g/mol。
(2)水性PU-B的制备
①预聚阶段:将200g磺酸盐型嵌段聚酯多元醇B、20.22g IPDI、2.25g NPG和0.11gT9加入到反应釜中,温度75℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至55℃,加入2.13g乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量30%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-B乳液。
实施例3:
(1)磺酸盐型嵌段聚酯多元醇C的制备
①将9.97kg 1,3-丙二醇、10.00kg癸二酸、5.44kg丁二酸-2-甲基磺酸钠和1.67kg1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸混合均匀,升温至160℃恒温1.5h,继续升温至180℃,恒温反应1.5h,最终,将温度升至215℃,反应至酸值小于5mg KOH/g;②降温至160℃,加入5.34kg全氟戊二酸,恒温反应0.5h,然后,将温度升至210℃,加入9.73g钛酸异丙酯,反应1.0h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇C,其酸值为2.50mg KOH/g、羟值为37.40mg KOH/g,数均分子量为3000g/mol。
(2)水性PU-C的制备
①预聚阶段:将200g磺酸盐型嵌段聚酯多元醇C、58.67g TDI、5.33g 1,4-丁二醇和0.13g T12加入到反应釜中,温度70℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至60℃,加入2.53g羟乙基乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量45%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-C乳液。
实施例4:
(1)磺酸盐型嵌段聚酯多元醇D的制备
①将15.05kg 1,3-丙二醇、10.00kg癸二酸、5.44kg丁二酸-2-甲基磺酸钠和1.67kg 1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸混合均匀,升温至160℃恒温1.5h,继续升温至180℃,恒温反应1.5h,最终,将温度升至215℃,反应至酸值小于5mg KOH/g;②降温至160℃,加入5.93kg全氟戊二酸,恒温反应0.5h,然后,将温度升至210℃,加入7.62g钛酸异丙酯,反应5.0h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇D,其酸值为0.50mg KOH/g、羟值为11.22mg KOH/g,数均分子量为10000g/mol。
(2)水性PU-D的制备
①预聚阶段:将200g磺酸盐型嵌段聚酯多元醇D、38.28g IPDI、7.40g NPG和0.05gT12加入到反应釜中,温度80℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至60℃,加入1.23g羟乙基乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量60%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-D乳液。
对比例1:
(1)聚酯多元醇E的制备
将12.11kg新戊二醇、10.00kg己二酸、5.50kg间苯二甲酸-5-磺酸钠和1.16kg1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸混合均匀,升温至140℃恒温0.5h,继续升温至170℃,恒温反应0.5h,最终,将温度升至230℃,加入1.44g钛酸正丁酯,反应5.0h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇E,其酸值为0.01mg KOH/g、羟值为56.10mg KOH/g,数均分子量为2000g/mol。
(2)水性PU-E的制备
①预聚阶段:将200g聚酯多元醇E、44.63g IPDI、5.00g NPG和0.13g T12加入到反应釜中,温度80℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至50℃,加入0.25g羟乙基乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量50%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-E乳液。
对比例2:
(1)聚酯多元醇F的制备
①将12.11kg新戊二醇、10.00kg己二酸和5.50kg间苯二甲酸-5-磺酸钠混合均匀,升温至140℃恒温0.5h,继续升温至170℃,恒温反应0.5h,最终,将温度升至200℃,反应至酸值小于5mg KOH/g;②降温至180℃,加入4.89kg四氟对苯二甲酸,恒温反应1.5h,然后,将温度升至230℃,加入1.63g钛酸正丁酯,反应5.0h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇F,其酸值为0.01mg KOH/g、羟值为56.10mg KOH/g,数均分子量为2000g/mol。
(2)水性PU-F的制备
①预聚阶段:将200g磺酸盐型嵌段聚酯多元醇F、44.63g IPDI、5.00g NPG和0.13gT12加入到反应釜中,温度80℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至50℃,加入0.25g羟乙基乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量50%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-F乳液。
对比例3:
(1)磺酸盐型嵌段聚酯多元醇G的制备
①将12.11kg新戊二醇、10.00kg己二酸、5.50kg间苯二甲酸-5-磺酸钠、1.16kg 1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸和4.89kg四氟对苯二甲酸混合均匀,升温至140℃恒温0.5h,继续升温至170℃,恒温反应0.5h,最终,将温度升至230℃,加入1.68g钛酸正丁酯,反应5.0h,开启真空至-0.090MPa,除去反应产物水和多余的醇单体,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇G,其酸值为0.01mg KOH/g、羟值为56.10mg KOH/g,数均分子量为2000g/mol。
(2)水性PU-G的制备
①预聚阶段:将200g磺酸盐型嵌段聚酯多元醇G、44.63g IPDI、5.00g NPG和0.13gT12加入到反应釜中,温度80℃,开启搅拌,直至NCO含量达到理论值;②扩链阶段:降温至50℃,加入0.25g羟乙基乙二胺进行扩链,至NCO含量达到理论值;③乳化阶段:按照固含量50%缓慢加入去离子水,进行乳化即可得到PU-G乳液。
性能测试
测试实施例和对比例制备的多元醇在50℃条件下贮存不同时间的pH值,结果如下表1所示。从结果可以看出,实施例制备的磺酸盐型嵌段聚酯多元醇A-D的pH在3个月内无明显变化,表明其几乎未发生水解反应,贮存稳定性较好;而无含氟单体的聚酯多元醇E,其在储存2个星期时,pH值即开始变小,说明多元醇E的酸值逐渐增大,体系中羧酸含量增多,这表明多元醇发生了水解反应,其贮存稳定性较差;不含邻苯二酚结构的嵌段聚酯多元醇F,在储存16个星期后,pH变化不大,说明其未发生明显水解,稳定性较好,这主要是因为含氟单体的引入增加了多元醇的耐水解性;而通过无规共聚制备得到的含氟聚酯多元醇F,随储存时间延长,其pH值发生较大的降低,说明其发生水解。综上结果,本发明所制备的磺酸盐型嵌段聚酯多元醇具有优异的耐水解性和贮存稳定性,且优于不含氟的聚酯多元醇和无规共聚制备得到的含氟聚酯多元醇。
表1 50℃条件下不同贮存时间聚酯多元醇的pH值
Figure BDA0002826686480000141
进一步测试实施例和对比例聚氨酯的附着力,结果如下表2所示。从表中可以看出,不含邻苯二酚结构的聚氨酯PU-F的附着力为3级;而在引入邻苯二酚结构后,聚氨酯的附着力大大增加,实施例制备聚氨酯A-D的附着力均为0级。综上可知,本发明制备的磺酸盐型嵌段聚酯多元醇具有优异的附着性能。
表2不同聚酯多元醇附着力测试结果(划格法)
Figure BDA0002826686480000142

Claims (14)

1.一种嵌段聚酯多元醇,结构通式为
Figure FDA0003510021830000011
其中,
Figure FDA0003510021830000012
a=1-26;
Figure FDA0003510021830000013
Figure FDA0003510021830000014
b=2-28;
Figure FDA0003510021830000015
M为Li、Na、K阳离子中的一种;
Figure FDA0003510021830000016
c=0-6;
Figure FDA0003510021830000017
Figure FDA0003510021830000018
其中,y/x=0.1-0.6,z/x=0.02-0.2,n/x=0.1-0.6。
2.根据权利要求1所述的嵌段聚酯多元醇,其特征在于,y/x=0.3-0.5,z/x=0.05-0.1,n/x=0.3-0.5。
3.根据权利要求1所述的嵌段聚酯多元醇,其特征在于,所述的聚酯多元醇,酸值为0.01-10.00mg KOH/g,羟值为10-250mg KOH/g。
4.根据权利要求1所述的嵌段聚酯多元醇,其特征在于,所述的聚酯多元醇,酸值为0.01-5.00mg KOH/g,羟值为30-150mg KOH/g。
5.根据权利要求1所述的嵌段聚酯多元醇,其特征在于,所述的聚酯多元醇,酸值为0.01-2.00mg KOH/g,羟值为56-112mg KOH/g。
6.一种制备权利要求1所述的嵌段聚酯多元醇的方法,包括以下步骤:
(1)在惰性气体保护下,将组分A普通二元酸、组分B二元醇、组分C含磺酸盐的二元酸或其衍生物和组分D含邻苯二酚结构的二元酸在140-160℃反应0.5h-1.5h;在170-180℃反应0.5h-1.5h;在200-215℃,反应至酸值低于5mg KOH/g;
(2)降温至160-180℃,加入组分E含氟二元酸,反应0.5h-1.5h;在210-230℃,任选加入催化剂,反应1.0-5.0h,同时,开启真空,除去反应产物水和多余的醇单体,取样测试酸值和羟值,待酸值和羟值合格后,降温出料即可得到磺酸盐型嵌段聚酯多元醇;
所述组分A普通二元酸为含有3-28个碳原子的直链二元酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸和1,4-环己烷二甲酸中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分A为己二酸、癸二酸、丁二酸、戊二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分B为含有2-28个碳原子的直链二元醇、新戊二醇和1,4-环己烷二甲醇中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分B为乙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇中的一种或多种。
10.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分C含磺酸盐的二元酸或其衍生物为间苯二甲酸-5-磺酸钠、丁二酸-2-甲基磺酸钠、丁二酸酐-3-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、1,3-间苯二甲酸双羟乙酯-5-磺酸钠中的一种或多种。
11.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分D含邻苯二酚结构的二元酸,结构通式为式I,其中c=0、1、2、3、4、5或6;
Figure FDA0003510021830000031
12.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分D含邻苯二酚结构的二元酸为1,1'-联苯-4,4',5,5',6,6'-六羟基-2,2'-二羧酸。
13.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述组分E含氟二元酸为全氟戊二酸、四氟对苯二甲酸、四氟邻苯二甲酸、八氟己二酸、全氟辛二酸、全氟壬二酸、全氟癸二酸中的一种或多种。
14.一种水性聚氨酯,包含以下组成:
嵌段聚酯多元醇:75-89wt%;
二异氰酸酯:9-22wt%;
醇类扩链剂:1-3wt%;
胺类扩链剂:0.10-0.95wt%;
催化剂:0.02-0.05wt%;
所述嵌段聚酯多元醇为权利要求1-5任一项所述的嵌段聚酯多元醇或根据权利要求6-13任一项所述方法制备的嵌段聚酯多元醇。
CN202011450586.3A 2020-12-10 2020-12-10 一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯 Active CN112552499B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011450586.3A CN112552499B (zh) 2020-12-10 2020-12-10 一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011450586.3A CN112552499B (zh) 2020-12-10 2020-12-10 一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112552499A CN112552499A (zh) 2021-03-26
CN112552499B true CN112552499B (zh) 2022-07-12

Family

ID=75062656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011450586.3A Active CN112552499B (zh) 2020-12-10 2020-12-10 一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112552499B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113817151B (zh) * 2021-09-30 2023-11-07 湖南汇田高分子科技有限公司 一种改性水性聚酯多元醇及其制备方法和应用
CN116262809B (zh) * 2021-12-15 2024-04-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种含氟聚氨酯弹性体及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103254414B (zh) * 2013-05-02 2015-09-16 广东银洋树脂有限公司 磺酸型聚酯多元醇、磺酸型水性聚氨酯及其制备方法
US20200056057A1 (en) * 2018-08-17 2020-02-20 The University Of Massachusetts Synergistic flame retardant compositions and fiber blends including the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN112552499A (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111423343B (zh) 一种亲水性二异氰酸酯及其制备方法和应用
CN112552499B (zh) 一种嵌段聚酯多元醇及其制备方法,及一种水性聚氨酯
US5004779A (en) Process for the preparation of aqueous, oxidatively drying alkyd resins and their use in or as aqueous lacquers and coating compounds
JPH08503016A (ja) ポリウレタン分散液、および焼付け塗料用バインダーとしてのその使用
JPH0725997A (ja) ペルフルオロポリエーテルから得られるポリエステルを基剤とする塗料
JP5310565B2 (ja) ポリ乳酸セグメントを含有する共重合ポリウレタン樹脂、これを含有する水系エマルジョンおよびコーティング液組成物
US4163094A (en) Heat curing water soluble homopolyurethanes
JPWO2014088023A1 (ja) 共重合ポリウレタン樹脂及び水系エマルジョン
AU747613B2 (en) Low VOC, isocyanate based aqueous curable compositions
US4435542A (en) Polyol resin
WO2002031021A1 (en) Low voc polyol alkyd dispersion and polyurethane dispersions
CN107868204B (zh) 阴离子型水性聚氨酯树脂、其制备方法及其应用
JP2018119107A (ja) 自己乳化型ポリイソシアネート組成物
WO1999029760A1 (en) Solventless coatings based on low-viscosity polyesters
WO1998038230A9 (en) Low voc, isocyanate based aqueous curable compositions
US6239213B1 (en) Process for the preparation of stable aqueous urethane dispersions
EP0982331B1 (en) An improved process for the preparation of stable aqueous urethane dispersions
JPH0457869A (ja) 塗料用樹脂組成物
CN113307935B (zh) 一种亲水剂及其制备方法与应用
JP2001226444A (ja) 水性ポリウレタン樹脂の製造方法
WO1999043727A1 (en) Low voc, isocyanate based aqueous curable compositions
CN115160534A (zh) 水性聚氨酯
US3332896A (en) Oil-modified polyurethanes
JP2010229224A (ja) 水性ポリウレタン分散体及びそれを用いた水性塗料
EP0647665A2 (en) Self-crosslinkable water-dispersible poly(urethane-urea)compositions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant