一种水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法，是将聚醚二元醇、2,6‑甲苯二异氰酸酯和二羟基甲基丙酸加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体；然后加入未开环的双酚A型环氧树脂，得到聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物；再加入开环剂、中和剂和去离子水，得到水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物乳液。本发明专利技术的原料简单易得，工艺条件温和，在不破坏环氧基团的情况下，将聚氨酯引入到环氧树脂中，改善了树脂的柔韧性和耐冲击性。

A preparation method of waterborne polyurethane epoxy resin interpenetrating polymer network emulsion

The invention discloses a method for preparing an aqueous polyurethane epoxy resin interpenetrating polymer network emulsion, the 2,6 polyether diol, toluene diisocyanate and two hydroxy propionic acid addition polymerization of hydrophilic polyurethane pre polymer; bisphenol A epoxy resin and then joined the open ring, polyurethane epoxy resin cross through the polymer network; adding ring opening agent, neutralizing agent and deionized water obtained waterborne polyurethane epoxy resin interpenetrating polymer network emulsion. The raw material is simple and easy to get, and the process conditions are mild. When the epoxy group is not damaged, the polyurethane is introduced into the epoxy resin, and the flexibility and impact resistance of the resin are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法
本专利技术涉及建筑材料领域，特别涉及一种水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法。
技术介绍
聚氨酯灌浆材料具有固结体结构紧密，防渗性好，工艺、设备简单，施工简单方便，可以根据施工中的不同需要调节固化凝固的时间等优点，但是聚氨酯稳定性差，遇到空气中的水分容易固化，在高温、高湿条件下易水解从而降低粘合强度。环氧树脂灌浆材料具有粘结力强、机械强度高，热稳定性和化学稳定好等优点，广泛应用于混凝土接缝/裂缝及其渗漏修补工程，但是环氧树脂灌浆材料存在质脆、韧性差、固化速度慢等问题。因此，将聚氨酯(PU)引入环氧树脂网络来制备PU/EP互穿网络聚合物(PU/EPIPNs)是近年来EP增韧改性研究领域的热点之一，并在电子灌封材料、胶黏剂、涂料等领域得到了应用，但将其应用于灌浆材料的研究报道较少。结合我国灌浆材料研发生产的实际情况，亟需研发更为实用的新型材料和快速整治工艺，为城市交通轨道路基冒浆、结构混凝土裂缝及其渗漏提供一种快速维修方法，以推动城市交通轨道技术进步。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种稳定性好、工艺条件温和、环境友好、成本低的水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法，包括下述步骤：(1)在密闭反应器内，加入聚醚二元醇(GE-210)，在温度为105～115℃、真空度为-0.080～-0.086MPa的条件下脱水2～3h；然后降温至50～55℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)；再升温至80～85℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)反应3～4h；然后在75～80℃，加入二羟基甲基丙酸，反应3～4h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体；(2)将合成的聚氨酯预聚体搅拌均匀，温度控制在70～75℃，加入未开环的双酚A型环氧树脂E-51，反应4～5h，得到聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物；(3)继续降温至50～55℃，加入开环剂，搅拌反应8～9h；再继续降温到30～40℃，加入三乙胺中和反应30～45min，得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系；然后在高速搅拌下加入去离子水，剪切分散45～60min，得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液。步骤1中，各原料的配比为：2,6-甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇的摩尔比为(2.8～3.2):1，二羟基甲基丙酸占聚氨酯预聚体质量的5％～6％，催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)占聚氨酯预聚体质量的0.07％～0.22％。步骤2中，未开环的双酚A型环氧树脂E-51占聚氨酯预聚体质量的24％～28％。步骤3中，所述开环剂为含一个活泼H的脂肪胺化合物；包括二乙胺、二乙醇胺或二正丁胺；优选二乙醇胺。步骤3中，开环剂的物质的量与双酚A型环氧树脂E-51的物质的量相同，三乙胺的物质的量与二羟基甲基丙酸DMPA的物质的量相同，去离子水的用量为聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系总质量的2～3倍。本专利技术的技术路线如下：(1)2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚醚二元醇(GE-210)和二羟基甲基丙酸(DMPA)逐步加成聚合，合成亲水的聚氨酯预聚体：(2)加入未开环的双酚A型环氧树脂E-51，与聚氨酯预聚体中剩余的-NCO基团反应：(3)选用含一个活泼H的脂肪胺化合物作为开环剂，反应式(1-4)为二乙胺作为开环剂的反应原理：(4)采用三乙胺(TEA)中和水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系，并在适当的搅拌速度下水分散成乳液：本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：(1)本专利技术的原料简单易得，工艺条件温和，在不破坏环氧基团的情况下，将聚氨酯引入到环氧树脂中，改善了树脂的柔韧性和耐冲击性。(2)本专利技术利用亲水基团(羧基)与环氧树脂开环反应引入羟基进行亲水改性，既能制得稳定性良好的水分散体，又使灌浆材料有较好的耐水性，体现了两者的协同效应。(3)本专利技术在聚合物分子设计中引入环氧基结构，形成“潜伏”的交联点，减弱聚合过程中交联程度，避免因环氧树脂过度交联导致体系粘度过大及凝胶。(4)采用小分子胺类化合物对环氧树脂开环，消除环氧基对乳液存稳定性的负面影响，得到了稳定性和分散性很好的乳液材料。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1在密闭反应器内，加入聚醚二元醇(GE-210)90.0g，在温度为105℃，真空度为-0.080MPa的条件下脱水2h，降温至50℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)43.9g，升温至85℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)0.1g，反应3h，然后在80℃，加入二羟基甲基丙酸6.7g，反应3h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体，降温至75℃，加入未开环的环氧树脂(E-51)32.1g，反应4h，得到聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物；继续降温至50℃，加入开环剂二乙醇胺8.6g，搅拌反应8h。然后继续降温到30℃，加入三乙胺5.1g中和反应30min，在高速搅拌下加入适量去离子水345.4g，剪切分散45min后得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液。实施例2在密闭反应器内，加入聚醚二元醇(GE-210)90.0g，在温度为110℃，真空度为-0.083MPa的条件下脱水2.5h，降温至52℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)47.0g，升温至80℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)0.2g，反应3.5h，然后在75℃，加入二羟基甲基丙酸7.0g，反应3.5h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体，降温至70℃，加入未开环的环氧树脂(E-51)35.1g，反应4.5h，得到聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物；继续降温至55℃，加入开环剂二乙醇胺9.4g，搅拌反应8.5h。然后继续降温到35℃，加入三乙胺5.3g中和反应40min，在高速搅拌下加入适量去离子水537.3g，剪切分散50min后得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液。实施例3在密闭反应器内，加入聚醚二元醇(GE-210)90.0g，在温度为115℃，真空度为-0.086MPa的条件下脱水3h，降温至55℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)50.2g，升温至85℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)0.3g，反应4h，然后在75℃，加入二羟基甲基丙酸8.4g，反应4h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体，降温至70℃，加入未开环的环氧树脂(E-51)39.2g，反应5h，得到聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物；继续降温至50℃，加入开环剂二乙醇胺10.5g，搅拌反应9h。然后继续降温到40℃，加入三乙胺6.4g中和反应45min，在高速搅拌下加入适量去离子水563.4g，剪切分散60min后得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液。实施例4在密闭反应器内，加入聚醚二元醇(GE-210)90.0g，在温度为110℃，真空度为-0.086MPa的条件下脱水2h，降温至50℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)47.0g，升温至80℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)0.1g，反应3h，然后在75℃，加入二羟基甲基丙酸8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法，其特征在于包括下述步骤：(1)在密闭反应器内，加入聚醚二元醇，在温度为105～115℃、真空度为‑0.080～‑0.086MPa的条件下脱水2～3h；然后降温至50～55℃，加入2,6‑甲苯二异氰酸酯；再升温至80～85℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡反应3～4h；然后在75～80℃，加入二羟基甲基丙酸，反应3～4h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体；(2)将合成的聚氨酯预聚体搅拌均匀，温度控制在70～75℃，加入未开环的双酚A型环氧树脂，反应4～5h，得到聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物；(3)继续降温至50～55℃，加入开环剂，搅拌反应8～9h；再继续降温到30～40℃，加入三乙胺中和反应30～45min，得到水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物体系；然后在高速搅拌下加入去离子水，剪切分散45～60min，得到水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物乳液。

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法，其特征在于包括下述步骤：(1)在密闭反应器内，加入聚醚二元醇，在温度为105～115℃、真空度为-0.080～-0.086MPa的条件下脱水2～3h；然后降温至50～55℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯；再升温至80～85℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡反应3～4h；然后在75～80℃，加入二羟基甲基丙酸，反应3～4h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体；(2)将合成的聚氨酯预聚体搅拌均匀，温度控制在70～75℃，加入未开环的双酚A型环氧树脂，反应4～5h，得到聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物；(3)继续降温至50～55℃，加入开环剂，搅拌反应8～9h；再继续降温到30～40℃，加入三乙胺中和反应30～45min，得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系；然后在高速搅拌下加入去离子水，剪切分散45～60min，得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法，其特征在于：步骤1中，2,6-甲苯二异氰酸酯与聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨元龙，陈绪港，曾娟娟，张文超，于方，吴龙梅，
申请(专利权)人：中科院广州化灌工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44