二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用，属于聚氨酯技术领域。解决现有技术中单组份水性聚氨酯的强度和耐水性差的技术问题。所述二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂采用二氧化碳基聚(碳酸酯‑醚)二元醇为重要组分，不仅减少了碳排放，也减少了聚氨酯对石化资源的依赖。另外采用天然多羟基葡萄糖、果糖或者乳糖对聚氨酯进行改性，可以进一步减少对石化资源的依赖。所得二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的耐水性以及强度都得到很大提高。本发明专利技术还提供一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法和应用。制备的水性聚氨酯树脂胶黏剂制得的胶膜，经过4个循环的高低温冲击、湿热耐候性测试后，胶膜没有任何翘边和开胶。

Carbon dioxide based cationic waterborne polyurethane resin, preparation method and application thereof

The invention relates to a carbon dioxide based cationic waterborne polyurethane resin, a preparation method and an application thereof, belonging to the technical field of polyurethane. To solve the technical problems of the strength and water resistance of waterborne polyurethane component in the prior art of poor. The carbon dioxide based cationic waterborne polyurethane resin by using carbon dioxide based poly (carbonate ether) glycol as an important component, not only to reduce carbon emissions, reducing the dependence on petrochemical resources polyurethane. In addition, the modification of polyurethane with natural hydroxyl glucose, fructose or lactose can further reduce the dependence on Petrochemical resources. The water resistance and strength of the carbon dioxide based cationic waterborne polyurethane resin have been greatly improved. The invention also provides a preparation method and application of the carbon dioxide based cationic waterborne polyurethane resin. The film of waterborne polyurethane resin adhesive was prepared, through the impact of high and low temperature, 4 cycles of hot and humid weather resistance test, the film without any curling and glue.

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用
本专利技术涉及聚氨酯
，具体涉及一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用。
技术介绍
聚氨酯材料由于其性能优越可制成泡沫塑料、橡胶、涂料、粘合剂、合成皮革等一系列产品，因此在国民经济发展的许多领域获得广泛应用。制备聚氨酯的大部分原料均来源于石油工业和化学工业，然而随着社会的发展和进步，支撑着世界经济发展的石油资源日益枯竭，来源于石化资源的原料的制备和使用也会造成环境的污染。另外由于环境法律法规的实施以及人们环保意识的增强，溶剂型聚氨酯的应用也受到限制。寻求石油替代品，开发新材料新能源减少对石化资源的依赖，从源头上减少和消除环境污染显得尤为重要。因此水性聚氨酯的研发顺应了时代的发展。利用二氧化碳和环氧丙烷制备聚(碳酸酯-醚)多元醇进而制备水性聚氨酯不仅可以减少碳排放还可以减轻对石化资源的依赖，与其它来源于石化资源制备的聚氨酯相比，二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)型水性聚氨酯兼具耐水解、耐氧化及较好的机械性能。但由于单组份水性聚氨酯为线性结构、交联度低、分子中还有亲水基团，使其在强度和耐水性方面存在一定缺陷，应用范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术中单组份水性聚氨酯的强度和耐水性差的技术问题，提供一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用。所述二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂采用的多元醇为二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇，其中的酯段和醚段可以根据实际需要进行调节。另外采用天然产物葡萄糖、果糖或者乳糖对其改性得到的二氧化碳基阳离子水性聚氨酯胶黏剂可以进一步减轻对石化资源的依赖。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂，其结构如式1)、式2)或式3)所示：其中，R1为以下结构中的一种：R2为式9)所示：其中，m为1～30，n为1～35；R3为以下结构中的一种：R4为以下结构中的一种：一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：步骤一：氮气保护下，将二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇与二异氰酸酯和有机溶剂反应，得到第一产物；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯以及4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述有机溶剂为丙酮、丁酮以及环己酮中的一种；步骤二：将所述第一产物与亲水扩链剂在催化剂存在下反应，得到第二产物；所述的亲水扩链剂为N-甲基二乙醇胺、N-丁基二乙醇胺以及N-苯基二乙醇胺中的一种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；步骤三：将所述第二产物与葡萄糖、果糖或者乳糖反应，得到第三产物；步骤四：将所述第三产物与丁二醇反应，得到第四产物；步骤五：向所述第四产物加入酸中和，并加入去离子水乳化，之后蒸除溶剂即得到二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂。在上述技术方案中，所述二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇的分子量为1500～5000道尔顿。在上述技术方案中，步骤一中所述的反应温度为70～85℃，反应时间为1.5～3小时。在上述技术方案中，步骤二中所述的反应温度为30～40℃，反应时间为1～2小时。在上述技术方案中，步骤三中所述的反应温度为65～85℃，反应时间为1.5～2小时。在上述技术方案中，步骤四中所述酸为三氟乙酸、三氯乙酸、醋酸以及盐酸中的一种。应用所述二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂制得的胶黏剂，包括下述重量份的组分：二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂96-210份，气相白炭黑0.75-2.45份，沉淀硫酸钡18.6-45.3份，水性分散剂0.08-0.60份，水性消泡剂0.07-0.36份，水性固化剂4.15-12.8份。在上述技术方案中，所述水性分散剂为BYK-034、BYK-085或BYK-182；所述水性消泡剂为BYK-024、BYK-020或BYK-028；所述水性固化剂为Bayhydur3100、Bayhydur2451或Bayhydur2457。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂，采用的多元醇为二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇，其中的酯段和醚段可以根据实际需要进行调节。这类二元醇以二氧化碳为其重要组分，不仅减少了碳排放，也减少了聚氨酯对石化资源的依赖。另外采用天然多羟基葡萄糖、果糖或者乳糖对聚氨酯进行改性，作为一种活性填料添加到聚氨酯体系中，同时起到交联剂和填充剂的作用，可以进一步减少对石化资源的依赖。所得二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的耐水性以及强度都得到很大提高。本专利技术提供的二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，采用的多元醇为二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇，这类二元醇在制备过程中使用了二氧化碳为其重要组分，不仅减少了碳排放，也减少了聚氨酯对石化资源的依赖。另外采用天然可再生的多羟基聚合物葡萄糖、果糖或者乳糖改性，代替部分多元醇与异氰酸酯反应，制备二氧化碳基阳离子水性聚氨酯，可以进一步减轻对石化资源的依赖。本专利技术提供的二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂胶黏剂制得的胶膜，胶膜强度189N/2.5cm～199N/2.5cm，经过一个循环后的剥离力为156N/2.5cm～165N/2.5cm，经过4个循环的高低温冲击、湿热耐候性测试后，胶膜没有任何翘边和开胶，剥离力为131N/2.5cm～139N/2.5cm，吸水率为6.15-6.80(参见表2)。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术实施例1制备得到的葡萄糖改性水性聚氨酯的红外谱图；图2为本专利技术实施例2制备得到的乳糖改性水性聚氨酯的红外谱图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做以详细说明。一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂，其结构如式1)、式2)或式3)所示：其中，R1为以下结构中的一种：R2为式9)所示：其中，m为1～30，n为1～35；R3为以下结构中的一种：R4为以下结构中的一种：本专利技术还提供一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇除水后与二异氰酸酯和有机溶剂在带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中反应，得到第一产物；步骤二：将所述的第一产物与亲水扩链剂在催化剂作用下反应，得到第二产物；步骤三：将所述的第二产物与葡萄糖、果糖或者乳糖反应，得到第三产物；步骤四：将所述的第三产物与丁二醇反应，得到第四产物；步骤五：向所述的第四产物中加入酸中和后加入去离子水乳化除去有机溶剂即得到二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂。按照本专利技术，在氮气保护下，先在反应容器中加入二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇，将反应温度升温至90-110℃，减压蒸馏1-1.5h后，降温至70-90℃，将二异氰酸酯和有机溶剂加入反应器中进行反应。本专利技术对于所采用的二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇的来源并无限制，优选按照专利201210086834.X或者专利201110231493.6公开的方法制备；其中，m为1～30，优选为10～25；n为1～35，优选为5～30。本专利技术将具有式9)所示结构的二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇与二异氰酸酯在有机溶剂中反应，得到第一产物。所述二异氰酸酯优选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯以及4,4'-二环己基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂，其特征在于，其结构如式1)、式2)或式3)所示：

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂，其特征在于，其结构如式1)、式2)或式3)所示：其中，R1为以下结构中的一种：R2为式9)所示：其中，m为1～30，n为1～35；R3为以下结构中的一种：R4为以下结构中的一种：2.权利要求1所述的二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：氮气保护下，将二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇与二异氰酸酯和有机溶剂反应，得到第一产物；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯以及4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述有机溶剂为丙酮、丁酮以及环己酮中的一种；步骤二：将所述第一产物与亲水扩链剂在催化剂存在下反应，得到第二产物；所述的亲水扩链剂为N-甲基二乙醇胺、N-丁基二乙醇胺以及N-苯基二乙醇胺中的一种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；步骤三：将所述第二产物与葡萄糖、果糖或者乳糖反应，得到第三产物；步骤四：将所述第三产物与丁二醇反应，得到第四产物；步骤五：向所述第四产物加入酸中和，并加入去离子水乳化，之后蒸除溶剂即得到二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂。3.根据权利要求2所述的二氧化碳基阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳基聚(碳酸酯-醚)二元醇的分子量为1500～5000道尔顿。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，张亚明，张红明，王献红，王佛松，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22