CN113278126A

CN113278126A - 一种生物基聚氨酯色浆及其制备方法

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Publication number: CN113278126A
Application number: CN202110237568.5A
Authority: CN
Inventors: 王茜; 郭毅; 马蔚; 龙伟; 张浩明
Original assignee: Oskar Materials Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Oskar Materials Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2021-08-20

Abstract

本发明提供一种生物基聚氨酯色浆，按照质量百分比计包括以下组成：生物基聚醚多元醇、二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇、颜料粉和生物基分散剂。生物基聚氨酯色浆的制备方法：在二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇和生物基大豆油多元醇中加入生物基分散剂，搅拌均匀后加入颜料粉，以1000‑2000rpm的速度分散15‑25min，加入研磨介质后用振荡机研磨1.5‑2.5h，细度低于20μm出料。本发明的生物基聚氨酯色浆细度控制在20μm以下，流动性好，有助于提高后续生产时的效率；与聚氨酯组合料相容性好、易分散，着色后的材料颜色鲜艳、黑色浆黑度好，大大提高了产品质量；并且，本发明的生物基聚氨酯色浆可以达到生物可降解的要求。

Description

一种生物基聚氨酯色浆及其制备方法

技术领域

本发明属于聚氨酯色浆领域，具体涉及一种生物基聚氨酯色浆及其制备方法。

背景技术

色浆，顾名思义是一种有颜色的浆料，是利用不同的颜料，通过对颜料表面处理、表面包裹等技术，经过严密的加工工艺研制而成。色浆在自然界里协同着装扮整个世界，小到穿着打扮、日用、玩具等，大到桥梁、房屋建筑等，无不展示着五颜六色的色彩。

聚氨酯材料用范围十分广泛，几乎渗透到国民经济各部门，使用得十分普遍，已成为不可缺少的材料之一。聚氨酯软泡主要应用于家具、床具及其他家用品，如沙发和座椅、靠背垫，床垫和枕头；聚氨酯硬泡主要用于绝热保温，冷藏冷冻设备及冷库，绝热板材，墙体保温，管道保温，储罐的绝热，单组分材料填缝材料等；聚氨酯(浇筑型CPU，注塑型TPU)弹性体应用的各种注塑制品中；微孔弹性体应用于鞋材、合成革等领域；聚氨酯性涂料和聚氨酯胶粘剂也作为最常见原料的一种，应用领域十分广泛。

在现有技术中不会现有技术中，聚氨酯进行着色主要采用色粉或色膏。由于聚氨酯反应原料活性高的特性，因此对原料的选择范围比较窄。水和很多溶剂由于和异氰酸酯的反应都无法使用。因此聚氨酯用色浆一般采用颜料粉直接添加的方式，或有些涂料厂家自己简单的把颜料制成浆料，然后进行着色，直接使用色粉染色，由于有机颜料的比表面积很高，很难直接分散于聚醚多元醇中，因此存在很难加入足够的色粉而产生颜色重现性不好，着色不够均匀的缺陷；另外，由于缺少专业的技术和工艺，颜料颗粒比较粗，着色力很差，经过着色后的聚氨酯材料耐光性、耐候性差，容易出现褪色、粉化的现象。色膏产品，主要是将有机颜料分散于液体石蜡或一些聚氨酯多元醇中，其在聚醚多元醇中的分散性会比色粉优秀很多。以上两种产品在使用时必须加入到聚醚多元醇中预分散才能使用，而对于颜色较多的产品需要换色时，会造成很大的不便。因此我们需要寻找不影响聚氨酯材料物性和反应性，同时兼具良好润湿性和着色力的色浆原料。

与此同时，近年来对环保以及可持续发展的要求越来越高，作为非枯竭性资源的产业资源，除了化石资源之外的生物来源资源(生物质)备受关注。尤其是，植物通过以太阳光作为能量的光合作用而吸收大气中的CO₂并生长，因此可认为：将动植物来源原料制品化而得的制品(生物质塑料、合成纤维、印刷油墨等)通过植物在生长过程中的光合作用而吸收的CO₂量与通过植物的焚烧而排放的CO₂量相互抵消，不对大气中的CO₂的增减造成影响(碳中和)，期待对其进行开发。在使用了植物来源原料的制品之中，从安全、有助于形成循环型社会、有效防止全球变暖的背景出发，期望开发并利用后述生物质标记认证商品。二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇是一种环氧丙烷-二氧化碳(PO-CO₂)共聚物，这是一种将空气中的温室气体二氧化碳转化为产品的技术，对减少碳排放有极大的好处。由于此类聚合物的纯度和最终强度的一些劣势，产品使用场景有限。

二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇的通式如下：

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种CO₂和生物基多元醇为基础的聚氨酯色浆及其制备方法，本发明提供的色浆中的分散剂和表面活性剂也为全生物基材料，用量低、流动性好、VOC含量低，同时兼具降低碳排放和生物基环保理念，经着色后的材料颜色彩色鲜艳、黑色黑度好。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种生物基聚氨酯色浆，按照质量百分比计包括以下组成：

本发明进一步设置为，所述生物基聚醚多元醇为大豆油聚醚多元醇(例如CN201610506051制备)、棕榈油聚醚多元醇(例如CN201010178740制备)、蓖麻油聚醚多元醇(例如CN201710065852制备)、菜籽油聚醚多元醇和棕榈油聚醚多元醇(例如CN201010178747制备)中的一种或多种；所述生物基聚醚多元醇的相对分子量为 500-6000，羟值为20-300mgKOH/g。

本发明进一步设置为，所述二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇的相对分子量为500-6000，羟值为40-400mgKOH/g，环碳酸酯含量为5-45％，环氧乙烷含量0-60％，环氧丙烷含量0-60％。

本发明进一步设置为，所述颜料粉包括有机颜料和无机颜料；所述有机颜料包括单偶氮颜料、双偶氮颜料、蔥醌颜料、苯并咪唑颜料、喹吖啶酮颜料、喹啉并酞酮颜料、喹啉并酞酮颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、二噁嗪颜料、阴丹酮颜料、异吲哚啉颜料、异吲哚啉酮颜料、金属络合物颜料、芘酮(Perinone)颜料、芘类颜料、酞菁颜料；所述无机颜料包括白色颜料、黑色颜料和非中性颜料。

其中，有机颜料包括：

单偶氮颜料：

C.I.颜料棕(Pigment Brown)25；

C.I.颜料橙(Pigment Orange)5、36和67；

C.I.颜料红(PigmentRed)3、48：2、48：3、48：4、52：2、63、112和170；

C.I.颜料·黄(PigmentYbllow)3、74>151和183；

双偶氮颜料：

C.I.颜料红144、166、214和242；

C.I.颜料黄13、83；

蔥醌颜料：

C.I.颜料黄147和177；

C.I.颜料紫(Pigment Violet)31；

苯并咪唑颜料：

C.I.颜料橙(Pigment Orange)64；

喹吖啶酮颜料：

C.I.颜料橙48和49；

C.I.颜料红122、202和206；

C.I.颜料紫19；

喹啉并酞酮颜料：

C.I.颜料黄138；

二酮基吡咯并吡咯颜料：

C.I.颜料橙71和73；

C.I.颜料红254、255、264和270；

二噁嗪颜料：

C.I.颜料紫23和37；

阴丹酮颜料：

C.I.颜料蓝(PigmentBlue)60；

异吲哚啉颜料：

C.I.颜料黄139和185；

异吲哚啉酮颜料：

C.I.颜料橙61；

C.I.颜料黄109和110；

金属络合物颜料：

C.I.颜料黄(Pigment yellow)153；

芘酮(Perinone)颜料：

C.I.颜料橙(Pigment Orange)43；

芘类颜料：

C.I.颜料黑(PigmentBlack)32；

C.I.颜料红149、178和179；

C.I.颜料紫29；

酞菁颜料：

C.I.颜料蓝15、15：1、15：2、15：3、15：4、15：6和16；

C.I.颜料绿7和36；

C.I.颜料黑1(苯胺黑)；

其中，无机颜料包括：

白色颜料：

二氧化钛(C.I.颜料白6)、锌白、颜料级氧化锌、硫化锌、锌钡白；

黑色颜料：

氧化铁黑(C.I.颜料黑11)、铁锰黑、尖晶石黑(C.I.颜料黑27)；炭黑(C.I.颜料黑7)；

非中性颜料：

氧化铬、水合氧化铬绿；铬绿(C.I.颜料绿48)；钴绿(C.I.颜料绿50)；群青绿；

钴蓝(C.I.颜料蓝28和36)；群青蓝、锰蓝；

群青紫；钴紫和锰紫；

氧化铁红(C.I.颜料红101)；硫硒化镉(C.I.颜料红108)；钼铬红(C.I.颜料红104)；群青红；

氧化铁棕、混合棕、尖晶石相和刚玉相(C.I.颜料棕24、29和31)、铭橙；

氧化铁黄(C.I.颜料黄42)；镍钛黄(C.I.颜料黄53)；(C.I.颜料黄157和164)；铬钛黄；硫化镉和硫化镉锌(C.I.颜料黄37和35)；铬黄(C.I.颜料黄34)；钒酸铋(C.I.颜料黄184)。

本发明进一步设置为，所述生物基分散剂为烷基糖苷、鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂、纤维二糖酯、脂肪酸磷脂、多糖脂肪酸中的一种或多种。

本发明还提供了上述生物基聚氨酯色浆的制备方法，在二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇和生物基大豆油多元醇中加入生物基分散剂，搅拌均匀后加入颜料粉，以 1000-2000rpm的速度分散15-25min，加入研磨介质后用振荡机研磨1.5-2.5h，细度低于 20μm出料。

本发明具有以下有益效果：本发明的生物基聚氨酯色浆细度控制在20μm以下，流动性好，有助于提高后续生产时的效率；同时本产品与聚氨酯组合料相容性好、易分散，着色后的材料颜色鲜艳、黑色浆黑度好，大大提高了产品质量；并且，本发明的生物基聚氨酯色浆可以达到生物可降解的要求。

附图说明

图1为实施例4的色浆的颜色(左侧图)和对比例6的色浆(右侧图)的颜色；

图2为实施例4的色浆保存2个月的状态；

图3为对比例6的色浆保存2个月的状态。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供一种生物基聚氨酯色浆，按照质量百分比计包括以下组成：

本方案提供的红色浆细度控制在10μm，流动性好，色浆粘度：6000mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，色浆储存2月无絮凝和返粗。

实施例2：

本方案提供的蓝色浆细度控制在20μm，流动性好，色浆粘度：4100mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，色浆储存2月无絮凝和返粗。

实施例3：

本方案提供的黄色浆细度控制在20μm，流动性好，色浆粘度：5200mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，色浆储存2月无絮凝和返粗。

实施例4：

本方案提供的黑色浆细度控制在10μm，流动性好，色浆粘度：3000mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响。色浆黑度高，海绵展色性好，参见图1的左侧图。储存2月无絮凝和返粗，参见图2。

实施例5：

本方案提供的橙色浆细度控制在20μm，流动性好，色浆粘度：500mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，色浆储存2月无絮凝和返粗。

对比例1：

本对比例提供一种色浆，在实施例1的基础上不使用二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇。本方案提供的红色浆细度控制在40μm，流动性略差，色浆粘度：3000mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，色浆储存2月无絮凝和返粗。颜色鲜艳，储存2月无絮凝和返粗。

对比例2：

本对比例提供一种色浆，在实施例2的基础上不使用二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇。本方案提供的蓝色浆细度控制在200μm，流动性差，色浆粘度：7000mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，储存2月无絮凝和返粗。

对比例3：

本对比例提供一种色浆，在实施例3的基础上不使用二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇。本方案提供的黄色浆细度控制在100μm，流动性较好，色浆粘度：1000mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，储存2月有絮凝和返粗。

对比例4：

本对比例提供一种色浆，在实施例4的基础上不使用二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇。本方案提供的黑色浆细度控制在150μm，流动性一般，色浆粘度：9000mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，储存2月有絮凝和返粗。

对比例5：

本对比例提供一种色浆，在实施例5的基础上不使用二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇。本方案提供的橙色浆细度控制在200μm，流动性好，色浆粘度：5600mPa.S，聚氨酯发泡(方式见发泡配方)，无显著影响，海绵颜色鲜艳，储存2月有絮凝和返粗。

对比实施例1-5以及对比例1-5，可见未添加二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇的色浆的流动性有改善，可以有效降低色浆粘度，提高色浆储存稳定性

对比实验：

将上述实施例1-5和对比例1-5按照以下配方进行混合发泡实验，制备得到对应的聚氨酯海绵。

发泡测试配方

一种现有色浆制备的聚氨酯，其原料包括：

将除TDI外组分搅拌均匀以1000rpm的速度分散20min，加入TD组分5000rpm搅拌5秒后出料，得到对应实施例和对比例的产物。

表1聚氨酯VOC测试结果

结合表1，可见通过色浆制备的聚氨酯的VOC远大于本发明，而且对比例的原料较多，制备更复杂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生物基聚氨酯色浆，其特征在于，按照质量百分比计包括以下组成：

2.根据权利要求1所述的生物基聚氨酯色浆，其特征在于，所述生物基聚醚多元醇为大豆油聚醚多元醇、棕榈油聚醚多元醇、蓖麻油聚醚多元醇、椰子油聚醚多元醇和牛油多元醇中的一种或多种；所述生物基聚醚多元醇的相对分子量为500-6000，羟值为20-300mgKOH/g。

3.根据权利要求1所述的生物基聚氨酯色浆，其特征在于，所述二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇的相对分子量为500-6000，羟值为40-400mgKOH/g，环碳酸酯含量为5-60％，环氧乙烷含量0-60％，环氧丙烷含量0-60％。

4.根据权利要求1所述的生物基聚氨酯色浆，其特征在于，所述颜料粉包括有机颜料和无机颜料；所述有机颜料包括单偶氮颜料、双偶氮颜料、蔥醌颜料、苯并咪唑颜料、喹吖啶酮颜料、喹啉并酞酮颜料、喹啉并酞酮颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、二噁嗪颜料、阴丹酮颜料、异吲哚啉颜料、异吲哚啉酮颜料、金属络合物颜料、芘酮(Perinone)颜料、芘类颜料、酞菁颜料；所述无机颜料包括白色颜料、黑色颜料和非中性颜料。

5.根据权利要求1所述的生物基聚氨酯色浆，其特征在于，所述生物基分散剂为烷基糖苷、鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂、脂肪酸磷脂、多糖脂肪酸中的一种或多种。

6.根据权利要求1-5任一项所述的生物基聚氨酯色浆的制备方法，其特征在于，在生物基多元醇中加入生物基分散剂和二氧化碳基聚碳酸酯聚醚多元醇作为助分散剂，搅拌均匀后加入颜料粉，以1000-2000rpm的速度分散15-25min，加入研磨介质后用振荡机研磨1.5-2.5h，细度低于20μm出料。