CN114213613A - 一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法 - Google Patents

一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114213613A
CN114213613A CN202111615025.9A CN202111615025A CN114213613A CN 114213613 A CN114213613 A CN 114213613A CN 202111615025 A CN202111615025 A CN 202111615025A CN 114213613 A CN114213613 A CN 114213613A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flame
polyurethane
dihydric alcohol
retardant polyurethane
cured
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.)
Granted
Application number
CN202111615025.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114213613B (zh
Inventor
姚伯龙
安炳辉
宋健
姚旭
曹小凤
王利魁
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.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
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 Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN202111615025.9A priority Critical patent/CN114213613B/zh
Publication of CN114213613A publication Critical patent/CN114213613A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114213613B publication Critical patent/CN114213613B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08—Processes
    • C08G18/10—Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
    • C08G18/12—Prepolymer 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30—Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/38—Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen
    • C08G18/3878—Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen having phosphorus
    • C08G18/3889—Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen having phosphorus having nitrogen in addition to phosphorus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42—Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
    • C08G18/44—Polycarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65—Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66—Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6633—Compounds of group C08G18/42
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/67—Unsaturated compounds having active hydrogen
    • C08G18/671—Unsaturated compounds having only one group containing active hydrogen
    • C08G18/672—Esters of acrylic or alkyl acrylic acid having only one group containing active hydrogen
    • C08G18/673—Esters of acrylic or alkyl acrylic acid having only one group containing active hydrogen containing two or more acrylate or alkylacrylate ester groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04—Polyurethanes
    • C09D175/14—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C09D175/16—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds having terminal carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2150/00—Compositions for coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

本发明涉及一种水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，属于水性聚氨酯的制备技术领域。其首先制备丙烯酸羟乙基‑苯氧基‑二乙基磷酰胺，迈克尔加成反应合成含磷的阻燃二元醇，然后用HDI三聚体与二乙醇胺合成六羟基多元醇，再用含磷的二元醇合成NCO半封端的聚氨酯预聚物，最后与六羟基多元醇反应合成六臂型阻燃水性UV固化聚氨酯。本发明用含磷的二元醇改性水性聚氨酯可以得到无卤环保的阻燃聚氨酯，由于含磷二元醇的引入还能提高水性聚氨酯的力学性能；而NCO半封端的水性聚氨酯与六羟基多元醇反应，得到微交联结构，提高水性聚氨酯的力学性能和耐水性。本发明产品可以广泛用于电子、建筑、玻璃、木器、家具橱柜等环保阻燃涂层材料。

Description

一种水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，属于水性聚氨酯的制备技术领域。
背景技术
随着国家和社会的迅速发展，人民的生活水平日益提高，对高性能的材料要求也随之提高，聚氨酯材料以自身优异的性能获得了市场极大的青睐。聚氨酯材料具备着性能佳、耐磨、耐溶剂腐蚀等良好优点。
水性UV聚氨酯乳液是以水作为溶剂，无毒、环保的绿色材料，广泛地被使用在各种涂层、木器涂料和建筑涂料中。其具有较好的初粘力、较高的伸长率和较大的弹性模量等优点，被认为是较为出色性能的成膜材料。近几年来，水性UV聚氨酯渐渐地替代了其它溶剂型高分子，成为涂料行业的主要原料之一。
然而聚氨酯涂料成膜之后，其膜的氧指数低，易燃烧，其阻燃性很差，因此给社会带来了很大的财产和生命安全的威胁。因此改性后的阻燃聚氨酯成为了聚氨酯发展的一个重要方向。阻燃水性聚氨酯将阻燃基团引入聚氨酯材料中，使其达到阻燃的效果，获得较高的阻燃性能。阻燃聚氨酯乳液中，根据阻燃剂中含量的分类，可以分为含卤族元素和不含卤族元素阻燃聚氨酯。卤族元素阻燃是阻燃剂中使用较普遍的一类，但是由于卤族元素在强烈火焰下，会生成一种有毒的烟雾，即使有阻燃效果，但是仍然对人民的生命造成一定的威胁，而无卤阻燃则不存在烟雾问题，常用的无卤阻燃剂是含磷阻燃，它的阻燃改性后的水性聚氨酯材料同样有较高的极限氧指数。
本发明自制含磷二元醇引入水性聚氨酯中，在提高水性聚氨酯的力学性能的同时提高其阻燃性能，有望应用于电子、建筑、玻璃、木器、家具橱柜等环保阻燃涂层材料。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，既能在保证水性聚氨酯优良的附着力、硬度、固化速率等的同时又赋予改性聚氨酯涂膜优良的力学性能和阻燃性能。
本发明的技术方案，一种水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，首先制备丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺，然后用迈克尔加成反应合成含磷的阻燃二元醇，然后用HDI三聚体与二乙醇胺合成六羟基多元醇，再用含磷的二元醇合成NCO半封端的聚氨酯预聚物，最后与六羟基多元醇反应合成六臂型阻燃水性UV固化聚氨酯。
进一步地，步骤如下：
(1)聚碳酸酯二元醇前处理：将聚碳酸酯二元醇升温至80-100℃，在0.08-0.09MPa下真空脱水处理30-60min，得到脱水后的聚碳酸酯二元醇；
(2)丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺合成：在反应容器中加入二氯磷酸苯酯和四氢呋喃；在冰盐浴条件下搅拌25-35min后，加入三乙胺，然后在1-2h内缓慢滴加溶解有丙烯酸羟乙酯的四氢呋喃溶液；3-5h后，缓慢滴入溶解有二乙胺的四氢呋喃溶液；3-5h后将体系升至室温，继续反应10h；0.08-0.1MPa下抽滤除去三乙胺盐酸盐，0.08-0.1MPa、60℃旋转蒸发除去溶剂和未反应的单体，得到棕色粘稠液体丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺；
(3)含磷二元醇的合成：将步骤(1)中制备的丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺和二乙醇胺加入反应容器中，接入电动搅拌器，加入溶剂A，并将体系置于氮气氛围中，开启搅拌器于室温条件下搅拌均匀；随后将反应体系移至50℃油浴锅中反应4-6h，红外检测体系中碳碳双键的特征峰，直至完全消失，停止反应，制得含磷的二元醇；
(4)六羟基多元醇的合成：将计量的二乙醇胺和催化剂加入反应容器中，通入氮气保护，室温下搅拌均匀，逐步升温至45℃；用恒压滴液漏斗以2-3s/d的速度滴加HDI三聚体，加入溶剂A，反应2-3h；测试体系中游离的-NCO含量，直至达到理论值，制得六羟基多元醇；
(5)水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液制备：
将催化剂和二异氰酸酯加入反应容器中，并置于氮气氛围中，室温下搅拌均匀，随后将反应体系移入45℃恒温油浴锅中；利用恒压滴液漏斗以2-3s/d的速度滴加步骤(1)制得的聚碳酸酯二元醇和步骤(3)中合成的含磷二元醇，反应2-3h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，将体系升温至70℃，加入扩链剂和溶剂A，反应2-4h；用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，降温到60℃，然后加入封端剂，阻聚剂，反应2-4h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，加入步骤(4)制得的六羟基多元醇，继续反应3-5h，直到当-NCO红外吸收峰完全消失时终止反应；
将反应温度降至25-35℃，加入中和剂，反应30-60min，再加入去离子水，在1300-1500r/min剪切乳化30-60min，然后在0.08-0.1MPa、45℃减压旋蒸30-60min除去溶剂A，即得水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液；
(6)水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯涂膜的制备：首先取步骤(5)制备的水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液，加入光引发剂B，避光条件下分散均匀，然后将其涂覆在玻璃片和聚四氟乙烯槽中，室温放置，60-80℃烘箱干燥20-40min，最后将涂膜放入UV固化机中固化30-60s，即得水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯涂膜。
进一步地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；所述扩链剂为二羟甲基丙酸DMPA或二羟甲基丁酸DMBA；
所述溶剂A为丙酮、丁酮及N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯TDI、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI及异佛尔酮二异氰酸酯IPDI中的一种或几种。
进一步地，步骤(5)中所述活性封端剂为丙烯酸羟乙酯HEA、甲基丙烯酸羟乙酯HEMA及季戊四醇三丙烯酸酯PETA中的一种或几种；
所述阻聚剂为对苯二酚或对甲氧基苯酚；
所述中和剂为三乙胺；
步骤(6)中的光引发剂B为1173和/或TPO。
进一步地，步骤(2)中加入0.05-0.10mol二氯磷酸苯酯和40-80mL四氢呋喃，在0℃冰盐浴条件下搅拌25-35min后，加入0.10-0.20mol三乙胺，然后缓慢滴加溶解有0.05-0.10mol丙烯酸羟乙酯的10-20mL四氢呋喃溶液；3-5h后，缓慢滴入溶解有0.05-0.10mol二乙胺的10-20mL四氢呋喃溶液。
进一步地，步骤(3)中加入0.03-0.06mol丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺，0.03-0.06mol二乙醇胺和5-10mL溶剂A。
进一步地，步骤(4)中加入0.006-0.009mol二元醇胺，加入0.0001-0.0002mol催化剂，以2-3s/d的速度滴加0.002-0.003mol HDI三聚体，3-8mL溶剂A。
进一步地，步骤(5)中加入0.001-0.002mol催化剂和0.02-0.04mol二异氰酸酯；以2-3s/d的速度滴加总量为0.01-0.02mol的聚碳酸酯二元醇和含磷二元醇；加入扩链剂0.005-0.01mol，溶剂A 10-20mL；再加入封端剂0.005-0.01mol，阻聚剂0.001-0.002mol；最后加入六羟基多元醇0.00042-0.00084mol，然后加入中和剂0.005-0.01mol，再加入去离子水34-67mL。
其中，含磷二元醇的加入量大于0。
进一步地，步骤(6)中加入光引发剂B的量为水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液总质量的1％-5％。
本发明用含磷的二元醇改性水性聚氨酯得到无卤环保的阻燃聚氨酯，由于含磷二元醇的引入还能提高水性聚氨酯的力学性能；而NCO半封端的水性聚氨酯与六羟基多元醇反应得到微交联结构，提高了水性聚氨酯的机械性和耐水性。
本发明的有益效果：本发明方法能够制备得到无卤环保阻燃聚氨酯。该聚氨酯可提高涂层的耐磨性、耐热性、阻燃性，可广泛应用于建筑玻璃、建筑墙体等对阻燃性能有要求的领域。
附图说明
图1是水性UV固化六臂型聚氨酯EDS对比图；
图2水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯热重图对比图；
附体标记说明：A、未添加含磷二元醇；B添加含磷二元醇。
具体实施方式
实施例1未加含磷二元醇的水性UV固化六臂型聚氨酯的制备
(1)聚碳酸酯二元醇(PCDL)前处理：将聚碳酸酯二元醇升温至80℃，0.08MPa真空脱水处理30min，得到脱水后的聚碳酸酯二元醇；
(2)丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺合成：在装有机械搅拌和滴液漏斗的500mL四口烧瓶中，加入10.55g(0.05mol)二氯磷酸苯酯和40mL四氢呋喃(THF)。在冰盐浴(0℃)条件下搅拌30min后，加入10.12g(0.1mol)三乙胺，然后在2.0h内缓慢滴加溶解有5.81g(0.05mol)丙烯酸羟乙酯的10mL四氢呋喃溶液。4.0h后，缓慢滴入溶解有3.66g(0.05mol)二乙胺的10mL四氢呋喃溶液，4h后将体系升至室温，继续反应10h。0.08MPa抽滤除去三乙胺盐酸盐，0.1MPa旋转蒸发除去溶剂和未反应的单体，得到棕色粘稠液体丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺。
(3)含磷二元醇的合成：将步骤(1)中制备的9.81g(0.03mol)丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺和3.15g(0.03mol)二乙醇胺加入干燥三口瓶中，接入电动搅拌器，加入8mL丙酮，并将体系置于氮气氛围中，开启搅拌器于室温条件下搅拌均匀。随后将反应体系移至50℃油浴锅中反应5h，红外检测体系中碳碳双键的特征峰，直至完全消失，停止反应，制得含磷的二元醇。
(4)六羟基多元醇的合成：将0.95g(0.009mol)二乙醇胺和0.13g(0.0002mol)二月桂酸二丁基锡DBTDL加入接有搅拌器，冷凝管，氮气导管和恒压滴液漏斗的干燥四口瓶中，通入氮气保护，室温下搅拌均匀，逐步升温至45℃；用恒压滴液漏斗以2秒/滴的速度滴加1.52g(0.003mol)HDT(HDI三聚体)，加入3mL丙酮，反应2.5h，测试体系中游离的-NCO含量，直至达到理论值，制得六羟基多元醇。
(5)水性UV固化六臂型聚氨酯(WPU-PCDL-0％)乳液制备：
将0.63g(0.001mol)二月桂酸二丁基锡DBTDL和4.45g(0.02mol)异佛尔酮二异氰酸酯加入干燥四口瓶中，接入电动搅拌器、冷凝管，并将反应置于氮气氛围中，开启搅拌器，室温下搅拌均匀，随后将反应体系移入45℃恒温油浴锅中；利用恒压滴液漏斗以2～3秒/滴的速度滴加步骤(1)制得的8.0g(0.01mol)聚碳酸酯二元醇(PCDL)，反应2.5h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，将体系升温至70℃，加入0.67g(0.005mol)DMPA和10mL丙酮，反应3.0h；用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，降温到60℃，然后加入1.49g(0.005mol)季戊四醇三丙烯酸酯，0.12g(0.001mol)对甲氧基苯酚，反应3h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，加入步骤(4)制得的0.34g(0.00042mol)六羟基多元醇，继续反应4h，直到当-NCO红外吸收峰完全消失时终止反应；
将反应温度降至30℃，加入0.51g(0.005mol)三乙胺，反应60min，再加入48mL去离子水，在1500r/min剪切乳化60min，然后在0.08MPa，45℃减压旋蒸30min除去丙酮，即得水性UV固化六臂型聚氨酯乳液；
(6)水性UV固化六臂型聚氨酯涂膜的制备：首先取步骤(5)制备的水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液，加入质量比1％的光引发剂1173，避光条件下分散均匀；然后将其涂覆在玻璃片和聚四氟乙烯槽中，室温放置，80℃烘箱干燥30min，最后将涂膜放入UV固化机中固化60s，即得水性UV固化六臂型聚氨酯涂膜。
实施例2添加含磷二元醇的水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯
(1)聚碳酸酯二元醇(PCDL)前处理：将聚碳酸酯二元醇(PCDL)升温至100℃，0.09MPa真空脱水处理30min，得到脱水后的聚碳酸酯二元醇；
(2)丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺合成：在装有机械搅拌和滴液漏斗的500mL四口烧瓶中，加入10.55g(0.05mol)二氯磷酸苯酯和40mL四氢呋喃(THF)。在冰盐浴(0℃)条件下搅拌30min后，加入10.12g(0.1mol)三乙胺，然后在2.0h内缓慢滴加溶解有5.81g(0.05mol)丙烯酸羟乙酯的10ml四氢呋喃溶液。4h后，缓慢滴入溶解有3.66g(0.05mol)二乙胺的10ml四氢呋喃溶液，4h后将体系升至室温，继续反应10h。0.1MPa抽滤除去三乙胺盐酸盐，0.1MPa，60℃旋转蒸发除去溶剂和未反应的单体，得到棕色粘稠液体丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺。
(3)含磷二元醇的合成：将步骤(1)中制备的9.81g(0.03mol)丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺和3.15g(0.03mol)二乙醇胺加入干燥三口瓶中，接入电动搅拌器，加入8mL丙酮，并将体系置于氮气氛围中，开启搅拌器于室温条件下搅拌均匀。随后将反应体系移至50℃油浴锅中反应5h，红外检测体系中碳碳双键的特征峰，直至完全消失，停止反应，制得含磷的二元醇。
(4)六羟基多元醇的合成：将0.95g(0.009mol)二乙醇胺和0.13g(0.0002mol)二月桂酸二丁基锡DBTDL加入接有搅拌器，冷凝管，氮气导管和恒压滴液漏斗的干燥四口瓶中，通入氮气保护，室温下搅拌均匀，逐步升温至45℃；用恒压滴液漏斗以3秒/滴的速度滴加1.52g(0.003mol)HDT，加入3mL丙酮，反应2.5h，测试体系中游离的-NCO含量，直至达到理论值，制得六羟基多元醇。
(5)水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯(WPU-PCDL-10.7％)乳液制备：
将0.63g(0.001mol)二月桂酸二丁基锡DBTDL和4.45g(0.02mol)异佛尔酮二异氰酸酯加入干燥四口瓶中，接入电动搅拌器、冷凝管，并将反应置于氮气氛围中，开启搅拌器，室温下搅拌均匀，随后将反应体系移入45℃恒温油浴锅中；利用恒压滴液漏斗以3秒/滴的速度滴加步骤(1)制得的5.2g(0.0065mol)聚碳酸酯二元醇(PCDL)和1.51g(0.0035mol)，反应2.5h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，将体系升温至70℃，加入0.67g(0.005mol)DMPA和10mL丙酮，反应3.0h；用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，降温到60℃，然后加入1.49g(0.005mol)季戊四醇三丙烯酸酯，0.12g(0.001mol)对甲氧基苯酚，反应3h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，加入步骤(4)制得的0.34g(0.00042mol)六羟基多元醇，继续反应4h，直到当-NCO红外吸收峰完全消失时终止反应；
将反应温度降至25-35℃，加入0.51g(0.005mol)三乙胺，反应60min，再加入48mL去离子水，在1500r/min剪切乳化60min，然后在0.08MPa，45℃减压旋蒸30min除去丙酮，即得水性UV固化六臂型聚氨酯乳液。
(6)水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯涂膜的制备：首先取水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液，加入光引发剂TPO，避光条件下分散均匀，然后将其涂覆在玻璃片和聚四氟乙烯槽中，室温放置，80℃烘箱干燥30min，最后将涂膜放入UV固化机中固化60s，即得水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯涂膜。
应用实施例1EDS测试
表征实施例1-2所制备的聚氨酯涂膜的所含元素。具体结果如图1和表1所示，分别测试了实施例1未加含磷二元醇的水性UV固化六臂型聚氨酯和实施例2添加含磷二元醇的水性UV固化六臂型阻燃的EDS。
由于氢元素无法测出，未加含磷二元醇的水性UV固化六臂型聚氨酯胶膜含碳元素61.95％，氧元素21.95％，氮元素8.20％，加了含磷二元醇后新增了磷元素，说明将将磷元素成功引入了水性聚氨酯体系。
表1胶膜EDS数据各个元素成分比例
Figure BDA0003436696410000061
应用实施例2热重分析
对实施例1-2所制备的聚氨酯涂膜进行热重分析；具体结果如图2所示。图2为不同阻燃含磷多元醇含量的聚氨酯胶膜的热重曲线，从图中可以看出，聚氨酯胶膜的分解过程基本上分为两个时间段，第一个时间段是胶膜的硬段的分解，温度约是170-290℃之间，在第二个时间段290-360℃之间，不含P的胶膜分解快于含P的胶膜，此时由于C-P键断裂，含P的基团会催化成碳层，会阻碍分解的速率。而且不含磷的水性聚氨酯其残炭量为1.80％，而含磷量为0.52％的水性聚氨酯其残炭量为3.10％，其残炭量明显提高，一般来说，高聚物在高温下的残炭量越高，其阻燃性能越好。这是由于降解生成的炭层具有阻隔氧气、减缓热传导、抑制火焰传播的作用。所以，制备的UV固化六臂型阻燃聚氨酯有望应用于电子、建筑、玻璃、木器、家具橱柜等环保阻燃涂层材料等领域。

Claims (10)

1.一种水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：首先制备丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺，迈克尔加成反应合成含磷的阻燃二元醇；用HDI三聚体与二乙醇胺合成六羟基多元醇，再用含磷的二元醇合成NCO半封端的聚氨酯预聚物，最后与六羟基多元醇反应合成六臂型阻燃水性UV固化聚氨酯。
2.如权利要求1所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是步骤如下：
(1)聚碳酸酯二元醇前处理：将聚碳酸酯二元醇升温至80-100℃，在0.08-0.09MPa下真空脱水处理30-60min，得到脱水后的聚碳酸酯二元醇；
(2)丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺合成：在反应容器中加入二氯磷酸苯酯和四氢呋喃；在冰盐浴条件下搅拌25-35min后，加入三乙胺，然后在1-2h内缓慢滴加溶解有丙烯酸羟乙酯的四氢呋喃溶液；3-5h后，缓慢滴入溶解有二乙胺的四氢呋喃溶液；3-5h后将体系升至室温，继续反应10h；0.08-0.1MPa下抽滤除去三乙胺盐酸盐，0.08-0.1MPa、60℃旋转蒸发除去溶剂和未反应的单体，得到棕色粘稠液体丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺；
(3)含磷二元醇的合成：将步骤(1)中制备的丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺和二乙醇胺加入反应容器中，边搅拌边加入溶剂A，并将体系置于氮气氛围中，开启搅拌器于室温条件下搅拌均匀；随后将反应体系移至45-55℃油浴锅中反应4-6h，红外检测体系中碳碳双键的特征峰，直至完全消失，停止反应，制得含磷的二元醇；
(4)六羟基多元醇的合成：将计量的二乙醇胺和催化剂加入反应容器中，通入氮气保护，室温下搅拌均匀，逐步升温至45℃；用恒压滴液漏斗以2-3s/d的速度滴加HDI三聚体，加入溶剂A，反应2-3h；测试体系中游离的-NCO含量，直至达到理论值，制得六羟基多元醇；
(5)水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液制备：
将催化剂和二异氰酸酯加入反应容器中，并置于氮气氛围中，室温下搅拌均匀，随后将反应体系移入45℃恒温油浴锅中；利用恒压滴液漏斗以2-3s/d的速度滴加步骤(1)制得的聚碳酸酯二元醇和步骤(3)中合成的含磷二元醇，反应2-3h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，将体系升温至65-75℃，加入扩链剂和溶剂A，反应2-4h；用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，降温到55-65℃，然后加入封端剂和阻聚剂，反应2-4h；
利用滴定法检测体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，加入步骤(4)制得的六羟基多元醇，继续反应3-5h，直到当-NCO红外吸收峰完全消失时终止反应；
将反应温度降至25-35℃，加入中和剂，反应30-60min，再加入去离子水，在1300-1500r/min剪切乳化30-60min，然后在0.08-0.1MPa、45℃减压旋蒸30-60min除去溶剂A，即得水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液；
(6)水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯涂膜的制备：首先取步骤(5)制备的水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液，加入光引发剂B，避光条件下分散均匀，然后将其涂覆在玻璃片和聚四氟乙烯槽中，室温放置，60-80℃烘箱干燥20-40min，最后将涂膜放入UV固化机中固化30-60s，即得水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯涂膜。
3.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；所述扩链剂为二羟甲基丙酸DMPA或二羟甲基丁酸DMBA；
所述溶剂A为丙酮、丁酮和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
4.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯TDI、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和异佛尔酮二异氰酸酯IPDI中的一种或几种。
5.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：步骤(5)中所述活性封端剂为丙烯酸羟乙酯HEA、甲基丙烯酸羟乙酯HEMA和季戊四醇三丙烯酸酯PETA中的一种或几种；
所述阻聚剂为对苯二酚或对甲氧基苯酚；
所述中和剂为三乙胺；
步骤(6)中的光引发剂B为1173和/或TPO。
6.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：步骤(2)中加入0.05-0.10mol二氯磷酸苯酯和40-80mL四氢呋喃，在0℃冰盐浴条件下搅拌25-35min后，加入0.10-0.20mol三乙胺，然后缓慢滴加溶解有0.05-0.10mol丙烯酸羟乙酯的10-20mL四氢呋喃溶液；3-5h后，缓慢滴入溶解有0.05-0.10mol二乙胺的10-20mL四氢呋喃溶液。
7.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：步骤(3)中加入0.03-0.06mol丙烯酸羟乙基-苯氧基-二乙基磷酰胺，0.03-0.06mol二乙醇胺和5-10mL溶剂A。
8.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：步骤(4)中加入0.006-0.009mol二元醇胺，加入0.0001-0.0002mol催化剂，以2-3s/d的速度滴加0.002-0.003mol HDI三聚体和3-8mL溶剂A。
9.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：步骤(5)中加入0.001-0.002mol催化剂和0.02-0.04mol二异氰酸酯；以2-3s/d的速度滴加总量为0.01-0.02mol的聚碳酸酯二元醇和含磷二元醇；加入扩链剂0.005-0.01mol，溶剂A 10-20mL；再加入封端剂0.005-0.01mol，阻聚剂0.001-0.002mol；最后加入六羟基多元醇0.00042-0.00084mol，然后加入中和剂0.005-0.01mol，再加入去离子水34-67mL。
10.如权利要求2所述水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法，其特征是：步骤(6)中加入光引发剂B的量为水性UV固化六臂型阻燃聚氨酯乳液总质量的1％-5％。
CN202111615025.9A 2021-12-27 2021-12-27 一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法 Active CN114213613B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111615025.9A CN114213613B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111615025.9A CN114213613B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114213613A true CN114213613A (zh) 2022-03-22
CN114213613B CN114213613B (zh) 2023-03-10

Family

ID=80706208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111615025.9A Active CN114213613B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114213613B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100063169A1 (en) * 2007-01-04 2010-03-11 Jeffrey Stowell Phosphoramide ester flame retardant and resins containing same
CN106752872A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 安庆市德诚化工有限公司 一种兼具防污自洁功效的水性聚氨酯涂层剂及其制备方法
CN110157362A (zh) * 2019-06-10 2019-08-23 浙江理工大学 一种水性阻燃型纳米复合黏合剂的制备方法
CN112608443A (zh) * 2020-12-30 2021-04-06 江南大学 一种耐热阻燃型uv固化水性聚氨酯的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100063169A1 (en) * 2007-01-04 2010-03-11 Jeffrey Stowell Phosphoramide ester flame retardant and resins containing same
CN106752872A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 安庆市德诚化工有限公司 一种兼具防污自洁功效的水性聚氨酯涂层剂及其制备方法
CN110157362A (zh) * 2019-06-10 2019-08-23 浙江理工大学 一种水性阻燃型纳米复合黏合剂的制备方法
CN112608443A (zh) * 2020-12-30 2021-04-06 江南大学 一种耐热阻燃型uv固化水性聚氨酯的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QILONG TAI等: ""Preparation and thermal properties of a novel flame retardant copolymer"", 《POLYMER DEGRADATION AND STABILITY》 *
孙常青等: ""氟改性UV固化超支化水性聚氨酯的制备与性能研究"", 《涂料工业》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114213613B (zh) 2023-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103833956A (zh) 一种大分子量聚氨酯丙烯酸酯树脂及其制备方法
CN102050938B (zh) 基于多元异氰酸酯和多元羟基聚丙烯酸酯的紫外光固化聚氨酯树脂的制备方法
CN101274977B (zh) 一种固化剂1,6-己二异氰酸酯预聚物及其制备方法
CN103031104A (zh) 紫外线固化型粘着剂用树脂组合物、粘着剂及叠层体
CN108530602B (zh) 一种变色聚氨酯丙烯酸染料树脂及制备方法
JP6432336B2 (ja) イソシアネート基含有オルガノポリシロキサン化合物、その製造方法、接着剤、粘着剤及びコーティング剤
CN115558400B (zh) 一种用于建筑外墙的聚氨酯阻燃涂料及其制备工艺
US5824743A (en) Adhesive usable in solvent-free form
CN113817434B (zh) 含卤阻燃聚氨酯热熔胶及其制备方法
CN110527032B (zh) 光固化树脂材料及制备方法
CN115491164B (zh) 一种丙烯酸酯改性反应型聚氨酯热熔胶及其制备方法和应用以及使用方法
JP7395821B2 (ja) ウレタンプレポリマー、それを用いた２液硬化型ポリウレタン及び粘着剤
CN108341922B (zh) 低Tg聚氨酯丙烯酸酯预聚物的制备方法及其应用
US4145511A (en) Hydroxyl-containing liquid polymers and pressure-sensitive adhesives and laminates prepared therefrom
CN114213613B (zh) 一种水性uv固化六臂型阻燃聚氨酯的制备方法
CA1136333A (en) Pressure-sensitve adhesive
CN110862409A (zh) 一种制备含二元醇结构的硅烷类化合物及其改性水性聚氨酯的方法
CN114409871B (zh) 一种多官能团树脂及其制备方法和uv固化可剥离涂敷材料
CN115433482A (zh) 一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法
CN105801795A (zh) 一种6官能度聚己内酯聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用
CN114213622A (zh) 一种改性聚氨酯丙烯酸酯光固化树脂的制备方法
CN109652000A (zh) 一种新型电子印刷电路板披覆胶及其制备方法
CN113248686B (zh) 一种自粘型水性聚氨酯表面施胶剂及其制备方法和应用
CN114230491A (zh) 一种氰基改性聚氨酯丙烯酸酯树脂、涂料及其制备方法和应用
CN114686096B (zh) 一种透明阻燃型uv涂料及其制备方法

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