一种生物基水性聚氨酯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物基水性聚氨酯及其制备方法，属于水性聚氨酯乳液技术领域。本发明专利技术的制备方法采用乳酸为原料，先制备聚乳酸多元醇，再通过聚乳酸多元醇与异氰酸酯、亲水扩链剂的反应，制备得到生物基水性聚氨酯。本发明专利技术的制备方法简单易行，制备得到的水性聚氨酯不仅固含量较高，而且具有优秀的贮存稳定性，相对较低的成膜温度，以及成膜后具有优异的力学性能与光学性能，同时，本发明专利技术采用聚乳酸多元醇替代石油基聚合物多元醇，在降低生产成本的同时，所得的目标产物具有优异的生物降解性，解决了废弃物造成的环境污染问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水性聚氨酯乳液
，具体地属于一种生物基水性聚氨酯及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯是一种多功能高分子材料，原料品种多样，分子结构可调节，具有较高的粘结强度，优异的耐冲击性、耐低温性和耐摩擦性等优点，广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂、油墨等领域。一般溶剂型聚氨酯是以丙酮、丁酮、乙酸乙酯、醋酸乙酯、二甲基甲酰胺等为主要有机溶剂，但这些有机溶剂均是易燃易爆有毒的危险化学品。同时在使用过程中，为了调节粘度，保证良好的使用性能，一般聚氨酯也会使用甲苯等有机溶剂，对于相关工作人员的健康造成伤害。水性聚氨酯乳液是以水代替有机溶剂作为分散介质，具有无毒、无污染、环保、廉价等优点，受到了越来越多人的重视，并且在胶黏剂、涂料、皮革涂饰、油墨等领域得到了广泛的应用。中国专利技术专利申请(申请公布号：CN105732928A，申请公布日：2016-07-06)公开了一种生物质基水性聚氨酯的制备方法，该制备方法将多元醇与生物质液化产物混合液置于有控温、搅拌和冷凝装置的三口瓶中，再加入二异氰酸酯和催化剂，反应后得物质A；在得到的物质A中加入亲水扩链剂进行扩链反应，得生物质基水性聚氨酯预聚物；在得到的生物质基水性聚氨酯预聚物中加入丙酮溶液调整粘度，反应后加入成盐试剂进行中和反应，冷却至室温后加入去离子水分散，再利用旋蒸除去水溶液中的丙酮，即得生物质基水性聚氨酯。本专利技术的优点是生物质采用农林废弃物，降低生产成本，缺点是乳液的固含量低。聚乳酸多元醇是一种人工合成的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯多元醇，主要原料乳酸又是可再生资源，其无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，最终完全生物降解为二氧化碳和水，力学强度高，不污染环境，可塑性好，易于加工成型，有着广泛的研究和应用前景，符合当今所倡导的可持续发展战略，被公认为新世纪最有前途的生物医用材料和新型包装材料之一。面对日益枯竭的石油资源，聚乳酸及其衍生物的应用开发研究，有助于新型聚氨酯材料原材料的多样化、环保化和可再生化，拓宽聚氨酯材料的应用领域。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于公开了一种生物基水性聚氨酯及其制备方法。本专利技术以生物基聚乳酸多元醇为原料，部分代替石油基聚合物多元醇，制备的水性聚氨酯具有优秀的贮存稳定性，相对较低的成膜温度及成膜后优异的力学和光学性能。本专利技术公开了一种生物基水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：1)制备聚乳酸多元醇：将乳酸、小分子二元醇和催化剂A在惰性气体条件下反应，制备得到聚乳酸多元醇；2)制备聚氨酯预聚体：所述步骤1)制备的聚乳酸多元醇与异氰酸酯在惰性气体条件下反应，然后加入催化剂B进行催化反应，制备得到聚氨酯预聚体；3)制备生物基水性聚氨酯：向所述步骤2)制备的聚氨酯预聚体中加入含亲水基二元醇进行第一次扩链反应，再加入三乙胺进行中和反应，加入去离子水进行乳化后，加入扩链剂进行第二次扩链反应，制备得到生物基水性聚氨酯。进一步地，所述催化剂A为异辛酸锌、异辛酸铋、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸丁基锡、钛酸正丁酯和钛酸四异丙酯中一种或一种以上。再进一步地，所述催化剂B为辛酸亚锡、油酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、丙酸苯基汞和辛酸铅中的一种或一种以上。更进一步地，所述小分子二元醇为丙二醇、乙二醇、双酚A、双酚S、1,4-丁二醇、新戊二醇和一缩二乙二醇中的一种。更进一步地，异氰酸酯为亚甲基二异氰酸酯、4,4'-亚甲基二异氰酸苯酯、对苯二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,4-二异氰酸甲苯酯、萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或一种以上。更进一步地，所述含亲水基二元醇为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的一种或两种。更进一步地，所述扩链剂为乙二胺、1,4-丁二醇、乙二醇、新戊二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷中一种或一种以上。更进一步地，所述聚乳酸多元醇的羟值为28～224mgKOH/g，酸值小于或等于2mgKOH/g。本专利技术还公开了一种生物基水性聚氨酯，所述生物基水性聚氨酯是根据上述生物基水性聚氨酯的制备方法制备得到。本专利技术采用生物基的乳酸为原料，通过聚乳酸多元醇与异氰酸酯、亲水扩链剂的反应，制备得到生物基水性聚氨酯，与现有技术相比具有以下有益效果：1、采用聚乳酸多元醇可以部分代替石油基聚合物多元醇，不仅降低了生产成本，同时制备的目标产物具有优异的生物降解性，解决了废弃物造成的环境污染问题。2、本专利技术制备的生物基水性聚氨酯具有优秀的贮存稳定性，相对较低的成膜温度，以及成膜后具有优异的力学性能与光学性能，拓展了水性聚氨酯的应用领域。3、本专利技术的制备方法简单易行，制备的水性聚氨酯固含量较高，在30～60％之间。附图说明图1为本专利技术制备方法的工艺流程图。具体实施方式为解决本专利技术的技术问题，本专利技术提供了第一个技术方案：本专利技术公开了一种生物基水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：1)制备聚乳酸多元醇：向乳酸中加入小分子二元醇和催化剂A，控制反应温度为120～160℃，氮气保护条件下反应3～5h，然后保持反应温度不变，抽真空0.5～1h，制备得到聚乳酸多元醇。优选地，小分子二元醇为碳原子数小于或等于12的二元醇。进一步优选地，小分子二元醇为丙二醇、乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇和一缩二乙二醇中的一种。进一步优选地，小分子二醇为1,4-丁二醇。优选地，催化剂A为锌类催化剂、锡类催化剂和钛酸酯类催化剂中的一种或一种以上。进一步优选地，催化剂A为异辛酸锌、异辛酸铋、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸丁基锡、钛酸正丁酯和钛酸四异丙酯中一种或一种以上。进一步优选地，催化剂A为辛酸亚锡和钛酸正丁酯，且质量比为1:1。优选地，小分子二元醇的质量为乳酸质量的40～60％，催化剂A的质量为小分子二元醇与乳酸总质量的0.005％～0.02％。进一步优选地，小分子二元醇的质量为乳酸质量的47％，催化剂A的质量为小分子二元醇与乳酸总质量的0.01％。2)制备聚氨酯预聚体：聚乳酸多元醇与异氰酸酯在氮气保护条件下，控制反应温度为50～110℃，搅拌反应0.5～5h，然后控制反应温度为50～80℃，加入催化剂B，反应0.5～3h，制备得到聚氨酯预聚体。优选地，催化剂B为辛酸亚锡、油酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、丙酸苯基汞和辛酸铅中的一种或一种以上。进一步优选地，催化剂B为辛酸亚锡和二丁基锡二月桂酸酯。优选地，异氰酸酯为亚甲基二异氰酸酯、4,4'-亚甲基二异氰酸苯酯、对苯二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、2,4-二异氰酸甲苯酯、萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或一种以上。进一步优选地，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯。进一步优选地，异氰酸酯指数为1.1～2.0，催化剂B的质量为异氰酸酯与聚乳酸多元醇总质量的0.05～0.3％。且所述聚乳酸多元醇的羟值为28～224mgKOH/g，酸值小于或等于2mgKOH/g。3)制备生物基水性聚氨酯：聚氨酯预聚体中加入含亲水基二元醇进行第一次扩链反应，反应温度为70～80℃，反应时间为0.5～1h，然后加入丙酮调节粘度，将反应温度降低至25～35℃，再加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备聚乳酸多元醇：将乳酸、小分子二元醇和催化剂A在惰性气体条件下反应，制备得到聚乳酸多元醇；2)制备聚氨酯预聚体：所述步骤1)制备的聚乳酸多元醇与异氰酸酯在惰性气体条件下反应，然后加入催化剂B进行催化反应，制备得到聚氨酯预聚体；3)制备生物基水性聚氨酯：向所述步骤2)制备的聚氨酯预聚体中加入含亲水基二元醇进行第一次扩链反应，再加入三乙胺进行中和反应，加入去离子水进行乳化后，加入扩链剂进行第二次扩链反应，制备得到生物基水性聚氨酯。

【技术特征摘要】
1.一种生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备聚乳酸多元醇：将乳酸、小分子二元醇和催化剂A在惰性气体条件下反应，制备得到聚乳酸多元醇；2)制备聚氨酯预聚体：所述步骤1)制备的聚乳酸多元醇与异氰酸酯在惰性气体条件下反应，然后加入催化剂B进行催化反应，制备得到聚氨酯预聚体；3)制备生物基水性聚氨酯：向所述步骤2)制备的聚氨酯预聚体中加入含亲水基二元醇进行第一次扩链反应，再加入三乙胺进行中和反应，加入去离子水进行乳化后，加入扩链剂进行第二次扩链反应，制备得到生物基水性聚氨酯。2.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：所述小分子二元醇为丙二醇、乙二醇、双酚A、双酚S、1,4-丁二醇、新戊二醇和一缩二乙二醇中的一种。3.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：所述催化剂A为异辛酸锌、异辛酸铋、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸丁基锡、钛酸正丁酯和钛酸四异丙酯中一种或一种以上。4.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：所述催化剂B为辛酸亚锡、油酸亚锡、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨义浒，方文拓，张泽，徐建明，陈锐，
申请(专利权)人：孝感市易生新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42