CN112979990B - 一种水性聚天门冬氨酸酯乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料领域,公开了一种水性聚天门冬氨酸酯乳液及其制备方法。本发明提供了一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,按重量份计,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺7~10份;马来酸二酯1.2~2份;聚天门冬氨酸酯树脂78.5~91份;助溶剂0~10份;水60~81份。本发明通过迈克尔加成反应制得非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂,并结合相反转技术制得储存稳定性好、分散相粒子细且粒径分布均匀的水性聚天门冬氨酸酯乳液。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,具体涉及一种水性聚天门冬氨酸酯乳液及其制备方法。
背景技术
聚天门冬氨酸酯系一种位阻仲胺型结构树脂,具有高固低黏特性。它是由脂环伯二胺与马来酸二酯进行迈克尔加成反应所得,并与多异氰酸酯固化制成的聚天门冬氨酸酯涂料具有优异的力学性能、耐磨性和防腐蚀性。但聚天门冬氨酸酯树脂是亲油性,不能应用于水性涂料体系,限制了其应用范围。
水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备,目前主要是非离子型、离子型和化学改性3种方法。其中,化学改性法一般都是将具有亲水性基团通过化学接枝到聚天门冬氨酸酯树脂上,再经水性化制得乳液,如专利号EP290398A1和刘艳华等人(“基于聚天冬氨酸酯的磺酸盐型聚脲分散体的合成与表征”,《化工学报》,2011,62(2):561-565)。但是该法存在的缺陷在于乳液的制备过程需引入大量异氰酸酯或其他功能单体,这给实际生产过程增加很多困难和成本;非离子型乳液一般都是通过比较复杂的方法制得带甲氧基聚乙二醇单甲醚的马来酸二酯,再与脂环伯二胺通过迈克尔加成反应,再经水性化分散制得乳液,如专利号US200614922A1,US7253252B2和CN111303368A。但是该法普遍存在的困难在于无法制得低色度、高纯度的带甲氧基聚乙二醇单甲醚的马来酸二酯,化学计量也无法准确获取,故获得的水性聚天门冬氨酸酯乳液性能大多具有明显缺陷。离子型乳液一般都是在树脂结构中引入离子基团,如专利号CN109020859A引入了阳离子,专利号CN109761834引入了阴离子。但是该法因亲水基团占比树脂质量分数过大,亲水性过高,导致乳液在成膜后耐水性极差,影响后续应用。
因此,开发出一种新的水性聚天门冬氨酸酯乳液及其制备方法,使其不仅具备工艺涂料的使用要求,又具有简单方便的生产工艺路线,具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足,本发明的首要目的在于提供一种水性聚天门冬氨酸酯乳液。
本发明的另一目的在于提供上述水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,按重量份计,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺7~10份;马来酸二酯1.2~2份;聚天门冬氨酸酯树脂78.5~91份;助溶剂0~10份;水60~81份。
优选地,所述甲氧基端氨基聚醚胺选自亨斯曼生产的牌号为M-600、M-1000、M-2005、M-2070的一种以上。
优选地,所述马来酸二酯为马来酸二乙酯、马来酸二丙酯、马来酸二丁酯、马来酸二异丁酯的一种以上。
优选地,所述聚天门冬氨酸酯树脂为珠海飞扬生产的牌号为F524、F420、F520、广州金铂尔化工生产的牌号为K8428、K8420、K8520的一种以上。
优选地,所述助溶剂选自丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、丙二醇甲醚醋酸酯的一种以上。
所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,包括以下步骤:
(1)将甲氧基端氨基聚醚胺和马来酸二酯混合,调整反应温度50~80℃,反应时间24~48h,得到非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂;
(2)在步骤(1)得到的非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂中降温至40℃以下,加入助溶剂、聚天门冬氨酸酯树脂,在300~1000rap/min搅拌5~10min,直至搅拌均匀;
(3)在步骤(2)得到的混合物中在分散机的搅拌下滴加去离水,滴加完毕后分散一段时间,通过相反转法制备得到水性聚天门冬氨酸酯乳液。
优选地,步骤(3)中所述分散机的搅拌速度为1500~3000rap/min。
优选地,步骤(3)中所述滴加去离子水控制在20~30min滴加完毕,所述分散的时间为30~70min。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
本发明通过迈克尔加成反应,在具有乳化作用的甲氧基端氨基聚醚胺接枝马来酸二酯,得到具有与聚天门冬氨酸酯树脂相容性好的、且具有反应活性的非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂,见式Ⅰ所示;并结合相反转技术,制得储存稳定性好、分散相粒子细且粒径分布均匀的水性聚天门冬氨酸酯乳液。
式Ⅰ中,x和y分别为1以上的自然数,31/10≥x:y≥1/9,41≥x+y≥10,R为乙基、丙基、异丁基或丁基;R1为H或CH3。
本发明所制得水性聚天门冬氨酸酯乳液,工艺简单可控,材料价廉易得,可室温储存半年以上不沉降,所得乳液分散相粒子的平均粒径1μm以内,与配套水性聚氨酯固化剂复配后,具有以下优异性能:漆膜具有耐水性好,高透光率,高光泽,硬度HB以上等性能。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺(分子量为600g/mol,商品牌号为M-600)7.0g;马来酸二乙酯2.0g;聚天门冬氨酸酯树脂F420为91.0g或K8420为91.0g;助溶剂0g;去离子水81g。
所述水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,包括以下步骤:
(1)将7.0g甲氧基端氨基聚醚胺M-600和2.0g马来酸二乙酯混合,调整反应温度50℃,反应时间48h,得到非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂;
(2)在步骤(1)中降温至40℃以下,加入91.0g聚天门冬氨酸酯树脂F420或K8420,在1000rap/min搅拌10min,直至搅拌均匀。
(3)在步骤(2)中滴加81g去离水,控制分散机搅拌速度为2000rap/min,去离子水在25min内滴加完毕,并继续分散70min,得到固含量约55%的水性聚天门冬氨酸酯乳液。
实施例2
一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺(分子量为1000g/mol,商品牌号为M-1000)8.0g;马来酸二丙酯1.6g;聚天门冬氨酸酯树脂F520为86.4g或K8520为86.4g;助溶剂4g;去离子水60g。其中:助溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,包括以下步骤:
(1)将8.0g甲氧基端氨基聚醚胺M-1000和1.6g马来酸二丙酯混合,调整反应温度80℃,反应时间24h,得到非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂;
(2)在步骤(1)中降温至40℃以下,加入4g N-甲基吡咯烷酮、86.4g聚天门冬氨酸酯树脂F420或K8420,在800rap/min搅拌5min,直至搅拌均匀。
(3)在步骤(2)中滴加60g去离水,控制分散机搅拌速度为3000rap/min,去离子水在20min内滴加完毕,并继续分散45min,得到固含量约60%的水性聚天门冬氨酸酯乳液。
实施例3
一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺(分子量为2005g/mol,商品牌号为M-2005)7.0g;马来酸二异丁酯1.2g;聚天门冬氨酸酯树脂F524为83.8g或K8428为83.8g;助溶剂8g;去离子水67g。其中:助溶剂为4g丙酮和4g丁酮。
所述水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,包括以下步骤:
(1)将7.0g甲氧基端氨基聚醚胺M-2005和1.2g马来酸二异丁酯混合,调整反应温度60℃,反应时间36h,得到非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂;
(2)在步骤(1)中降温至40℃以下,加入4g丙酮和4g丁酮、83.8g聚天门冬氨酸酯树脂F524或K8428,在500rap/min搅拌8min,直至搅拌均匀。
(3)在步骤(2)中滴加67g去离水,控制分散机搅拌速度为1500rap/min,去离子水在30min内滴加完毕,并继续分散30min,得到固含量约55%的水性聚天门冬氨酸酯乳液。
实施例4
一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺(分子量为2070g/mol,商品牌号为M-2070)10.0g;马来酸二丁酯1.5g;聚天门冬氨酸酯树脂F524为78.5g或K8428为78.5g;助溶剂10g;去离子水75g。其中:助溶剂为5gN-乙基吡咯烷酮和5g丙二醇甲醚醋酸酯。
所述水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,包括以下步骤:
(1)将10.0g甲氧基端氨基聚醚胺M-2070和1.5g马来酸二丁酯混合,调整反应温度70℃,反应时间30h,得到非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂;
(2)在步骤(1)中降温至40℃以下,加入5gN-乙基吡咯烷酮和5g丙二醇甲醚醋酸酯、78.5g聚天门冬氨酸酯树脂F524或K8428,在300rap/min搅拌7.0min,直至搅拌均匀。
(3)在步骤(2)中滴加75g去离水,控制分散机搅拌速度为2500rap/min,去离子水在27min内滴加完毕,并继续分散60min,得到固含量约52%的水性聚天门冬氨酸酯乳液。
效果实施例
实施例1~4制得的水性聚天门冬氨酸酯乳液的性能结果见表1。
表1实施例1~4制得的水性聚天门冬氨酸酯乳液的性能结果
将实施例1~4制得的水性聚天门冬氨酸酯乳液与固化剂(拜耳XP2655混合后,在PP板材或玻璃板上喷板室温固化168h后漆膜的性能测试结果见表2。其中,水性聚天门冬氨酸酯乳液与固化剂按照羟基和NCO当量比为1:1.2~1.3,如实施例1的水性聚天门冬氨酸酯乳液与拜耳XP2655固化剂按照2.1~2.3:1质量比混合施工。
表2通过使用实施例1~4制得的水性聚天门冬氨酸酯乳液制得的漆膜性能测试结果
通过以上表1和表2数据,本发明通过迈克尔加成反应制得非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂,并结合相反转技术所制得水性聚天门冬氨酸酯乳液,可室温储存半年以上不沉降,所得乳液分散相粒子的平均粒径1μm以内,与配套水性聚氨酯固化剂复配后,具有漆膜具有耐水性好,高透光率,高光泽,硬度HB以上等性能。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对发明作其他形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改,等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种水性聚天门冬氨酸酯乳液,其特征在于,按重量份计,包括以下原料:甲氧基端氨基聚醚胺7~10份;马来酸二酯1.2~2.0份;聚天门冬氨酸酯树脂78.5~91份;助溶剂0~10份;水60~81份。
2.如权利要求1所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液,其特征在于,所述甲氧基端氨基聚醚胺选自亨斯曼生产的牌号为M-600、M-1000、M-2005、M-2070的一种以上。
3.如权利要求1所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液,其特征在于,所述马来酸二酯为马来酸二乙酯、马来酸二丙酯、马来酸二丁酯、马来酸二异丁酯的一种以上。
4.如权利要求1所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液,其特征在于,所述聚天门冬氨酸酯树脂为珠海飞扬生产的牌号为F524、F420、F520、广州金铂尔化工生产的牌号为K8428、K8420、K8520的一种以上。
5.如权利要求1-4任一项所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液,其特征在于,所述助溶剂选自丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、丙二醇甲醚醋酸酯的一种以上。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将甲氧基端氨基聚醚胺和马来酸二酯混合,调整反应温度50~80℃,反应时间24~48h,得到非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂;
(2)在步骤(1)得到的非离子型天门冬氨酸酯活性乳化剂中降温至40℃以下,加入助溶剂、聚天门冬氨酸酯树脂,在300~1000rap/min搅拌5~10min,直至搅拌均匀;
(3)在步骤(2)得到的混合物中在分散机的搅拌下滴加去离子 水,滴加完毕后分散一段时间,通过相反转法制备得到水性聚天门冬氨酸酯乳液。
7.根据权利要求6所述的水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述分散机的搅拌速度为1500~3000rap/min。
8.根据权利要求6或7所述水性聚天门冬氨酸酯乳液的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述滴加去离子水控制在20~30min滴加完毕,所述分散的时间为30~70min。
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