一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于水性UV固化材料领域，具体涉及一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液的制备方法，包括（1）将蓖麻油、蓖麻油酸和酯化催化剂进行反应，溶解后再加入析出剂使产物析出；（2）将二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合后缓慢加入上步产物中反应得到中间产物；（3）将中间产物用溶剂溶解，再加入聚乙二醇丙烯酸酯与阻聚剂反应得到星型蓖麻油基水性UV固化预聚物；（4）将星型蓖麻油基水性UV固化预聚物、植物油基反应型非离子表面活性剂、自由基光引发剂和阳离子光引发剂混合加水，分散均匀，即得到蓖麻油基水性光固化非离子乳液。本发明专利技术方法制备得到星型蓖麻油基水性UV固化预聚物由于具有高交联密度，使用其制备的涂膜具有优异的力学和耐水等性能，可作为环保型涂料、油墨和胶黏剂领域的成膜基料。

【技术实现步骤摘要】
一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液及其制备方法和应用
本专利技术属于水性UV固化材料领域，具体涉及一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液及其制备方法和应用。
技术介绍
化石资源的消耗和环境污染问题不仅影响生态环境，也阻碍以化石原料为基础的有机高分子化工的发展，生物质资源是目前唯一可以持续利用的资源。农林资源中能够提取大量的天然产物，其中很多都含有双键或者羟基等活泼反应基团，很容易构建UV固化体系，从而将农林天然资源转化为UV固化原材料，大大开拓了UV固化材料的原材料来源。蓖麻油是一种重要的生物质资源，其分子结构中同时含有双键和羟基，可以作为制备UV固化材料的原材料使用。作为一种非食用植物油料，蓖麻在我国广泛种植，且产量较高，但是目前其利用率极低。UV固化材料具有能量利用率高；无溶剂排放，安全无污染；固化速度快，生产效率高；可涂装对热敏感的基材；涂膜质量高、涂层性能优异等优点，是一种环保型材料。然而目前UV固化材料所依赖的主要原材料丙烯酸类单体主要来自化石原料，其挥发度较高、气味较大、不可再生等缺陷大大限制了UV固化材料的发展。油性UV固化材料可以获得极好的综合性能，但因其粘度调节需使用活性稀释剂导致的刺激性和毒性问题使得其在环保方面的优势有所削弱。现有的水性涂料虽然在环保方面比较出色，但是使用性能较差，特别是在外观和硬度等方面亟需改进。因此结合二者长处的水性UV涂料的研究成为目前涂料行业的热门研究领域。中国专利CN111116862A公开了一种超支化蓖麻油基水性光固化预聚物及其制备方法，采用蓖麻油、二羟甲基丙酸酯化反应得到超支化羟基树脂；将二异氰酸酯和催化剂的混合物滴入超支化羟基树脂中反应即得到中间产物；将中间产物滴加聚乙二醇丙烯酸酯与阻聚剂，反应后即得到超支化蓖麻油基水性UV固化预聚物。该专利超支化蓖麻油基水性UV固化预聚物由于具有高交联密度，使用其制备的涂膜具有优异的力学和耐水等性能，可作为涂料、油墨领域的成膜基料。然而，该专利以蓖麻油为核心制备超支化树脂，其结构中除了中心的蓖麻油为生物质来源，其余的原材料二羟甲基丙酸和二异氰酸酯均为石油基原材料，从而导致所制备的预聚物中生物质含量极低。其次，该专利的UV固化机理为聚乙二醇丙烯酸酯的双键的自由基光聚合机理，蓖麻油处于超支化聚合物的中心，被包裹在其中，其双键不参与聚合反应。第三，该专利采用二羟甲基丙酸制备的超支化树脂，其分子结构为分支结构，柔性链段较少。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液的制备方法。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液的制备方法，包括如下步骤：（1）将蓖麻油、蓖麻油酸和酯化催化剂混合，搅拌均匀并于120～150℃真空脱水反应2～3h，然后于65～75℃加入溶剂溶解，再置于5～15℃加入析出剂使产物析出，真空干燥得到纯蓖麻油基星型预聚物；所用蓖麻油、蓖麻油酸和酯化催化剂的摩尔比为1：（9～15）：（0.09～0.45）；酯化催化剂为N,N'-二异丙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、对甲苯磺酸和钛酸四丁酯中的至少一种；所述的溶剂为丙酮、甲乙酮、甲基异丙酮和环已酮中的至少一种，其用量为蓖麻油酸和蓖麻油总质量的10～15倍；所述的析出剂为环己烷、正己烷、庚烷、2-甲基己烷和辛烷中的至少一种，其用量为蓖麻油和蓖麻油酸总质量的10～15倍。（2）于15～25℃条件下，将二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合均匀后缓慢加入步骤（1）所制得的纯蓖麻油基星型预聚物中，于50～80℃搅拌反应2～3h，得到中间产物；所述的二异氰酸酯为芳香族和/或脂肪族异氰酸酯，优选为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯和二环己基己烷二异氰酸酯中的至少一种；所述的二异氰酸酯用量为初始蓖麻油摩尔量的3～3.5倍；所述二月桂酸二丁基锡用量为所用纯蓖麻油基星型预聚物重量的0.1～0.15%。（3）将步骤（2）得到的中间产物用溶剂（丙酮、丁酮和四氢呋喃中的至少一种）溶解，再缓慢加入聚乙二醇丙烯酸酯与阻聚剂，于60～78℃反应1.5～2.5h，（旋转蒸发）除去溶剂得到星型蓖麻油基水性UV固化预聚物；所述的聚乙二醇丙烯酸酯的数均分子量分布在600～1000之间；按摩尔份数计，其用量为步骤（1）中所用蓖麻油摩尔量的3～4倍；所述的阻聚剂为对羟基苯甲醚或/和对苯二酚，所述阻聚剂用量为所用聚乙二醇丙烯酸酯重量的0.1～0.5%。（4）将步骤（3）得到的星型蓖麻油基水性UV固化预聚物、植物油基反应型非离子表面活性剂、自由基光引发剂和阳离子光引发剂混合加水，并搅拌分散均匀，即得到蓖麻油基水性光固化非离子乳液。所述的植物油基反应型非离子表面活性剂采用申请号为201911391381.X的中国专利技术专利的方法制备；所述星型蓖麻油基水性UV固化预聚物、植物油基反应型非离子表面活性剂、自由基光引发剂、阳离子光引发剂之间的重量比为100：5～10：1～3：1～3。优选的，步骤（4）中所述的自由基光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮（Irgacure-184）、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（Irgacure-1173）、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮（Irgacure-907）、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦（TPO）、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯（TPO-L）中的至少一种。优选的，步骤（4）中所述的阳离子光引发剂为二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、烷基硫鎓盐、铁芳烃盐、磺酰氧基酮及三芳基硅氧醚中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术制备的星型蓖麻油基水性UV固化预聚物由于具有高交联密度，使用其制备的涂膜具有优异的力学和耐水等性能，可作为环保型涂料、油墨和胶黏剂领域的成膜基料。（1）本专利技术采用三步法制备了星型蓖麻油基水性UV固化预聚物，将蓖麻油作为星型预聚物的核心，其侧端羟基与蓖麻油酸的羧基脱水缩合，制备了纯蓖麻油基星型预聚物，然后接枝上具有水溶性和UV固化活性的聚乙二醇丙烯酸酯，即可得到被亲水链段包围的星型蓖麻油基水性UV固化预聚物。本专利技术所制备的预聚物结构规整，重现性高，提高了预聚物中生物基的含量，实现了低级生物质向高附加值化学品的转变，且大大减轻了石化资源压力。（2）蓖麻油酸为蓖麻油经水解后得到，其分子结构中同时含有羟基、羧基和双键。本专利技术所制备的星型蓖麻油基水性UV固化预聚物中含有两种类型的双键，即来自蓖麻油和蓖麻油酸中的双键和来自聚乙二醇丙烯酸酯中的双键，前者分别处于星型预聚物的核心和支链的中间部分，可以由阳离子光引发剂引发聚合，后者处于星型预聚物的顶端，可以由自由基光引发剂引发聚合，同时由于蓖麻油酸处于星型预聚物的长柔性直链上，其活动性更大，更有利于参与聚合，并大大提高了固化膜的柔韧性。（3）本专利技术预聚物的核心为疏水性极好的蓖麻油，同时由于蓖麻油和蓖麻油酸中均含有双键本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）将蓖麻油、蓖麻油酸和酯化催化剂混合，搅拌均匀并于120～150℃真空脱水反应2～3h，然后于65～75℃加入溶剂溶解，再置于5～15℃加入析出剂使产物析出，真空干燥得到纯蓖麻油基星型预聚物；/n（2）于15～25℃条件下，将二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合均匀后缓慢加入步骤（1）所制得的纯蓖麻油基星型预聚物中，于50～80℃搅拌反应2～3h，得到中间产物；/n（3）将步骤（2）得到的中间产物用溶剂溶解，再缓慢加入聚乙二醇丙烯酸酯与阻聚剂，于60～78℃反应1.5～2.5h，除去溶剂得到星型蓖麻油基水性UV固化预聚物；/n（4）将步骤（3）得到的星型蓖麻油基水性UV固化预聚物、植物油基反应型非离子表面活性剂、自由基光引发剂和阳离子光引发剂混合加水，并搅拌分散均匀，即得到蓖麻油基水性光固化非离子乳液。/n

【技术特征摘要】
1.一种蓖麻油基水性光固化非离子乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将蓖麻油、蓖麻油酸和酯化催化剂混合，搅拌均匀并于120～150℃真空脱水反应2～3h，然后于65～75℃加入溶剂溶解，再置于5～15℃加入析出剂使产物析出，真空干燥得到纯蓖麻油基星型预聚物；
（2）于15～25℃条件下，将二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合均匀后缓慢加入步骤（1）所制得的纯蓖麻油基星型预聚物中，于50～80℃搅拌反应2～3h，得到中间产物；
（3）将步骤（2）得到的中间产物用溶剂溶解，再缓慢加入聚乙二醇丙烯酸酯与阻聚剂，于60～78℃反应1.5～2.5h，除去溶剂得到星型蓖麻油基水性UV固化预聚物；
（4）将步骤（3）得到的星型蓖麻油基水性UV固化预聚物、植物油基反应型非离子表面活性剂、自由基光引发剂和阳离子光引发剂混合加水，并搅拌分散均匀，即得到蓖麻油基水性光固化非离子乳液。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所用蓖麻油、蓖麻油酸和酯化催化剂的摩尔比为1：（9～15）：（0.09～0.45）。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述酯化催化剂为N,N'-二异丙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、对甲苯磺酸和钛酸四丁酯中的至少一种；步骤（1）所述溶剂为丙酮、甲乙酮、甲基异丙酮和环已酮中的至少一种，其用量为蓖麻油酸和蓖麻油总质量的10～15倍；步骤（1）所述析出剂为环己烷、正己烷、庚烷、2-甲基己烷和辛烷中的至少一种，其用量为蓖麻油和蓖麻油酸总质量的10～15倍。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、苯二亚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁腾，尹鉴，卢开平，卢杰宏，赵文爱，杨卓鸿，
申请(专利权)人：华南农业大学，东莞长联新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44