一种低表面能树脂乳液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低表面能树脂乳液及其制备方法。所述低表面能树脂乳液的原料包括异佛尔酮二异氰酸酯，含氟聚醚多元醇，二羟甲基丁酸，氟化扩链剂，中和剂，乙二胺及去离子水。制备方法为：将含氟聚醚多元醇在氮气保护下110～120℃下真空脱水，降温至80～90℃后，加入异佛尔酮二异氰酸酯以及根据配方加入二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下搅拌反应，加入二羟甲基丁酸和氟化扩链剂继续在氮气保护下搅拌反应，降温至30～40℃，加入乙二胺和中和剂，再加入去离子水并分散形成乳液，即得低表面能树脂乳液。本发明专利技术实验条件温和，操作简单，适于工业化生产，可广泛用于飞机、船舶、建筑、交通和各种机械设备的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种低表面能树脂乳液及其制备方法
本专利技术涉及一种低表面能树脂乳液和其制备方法，属于高分子材料

技术介绍
水性聚氨酯树脂是以水为主要分散介质，具有价廉、安全环保、不燃、使用方便等优点，已在涂层、皮革涂饰、织物处理、油墨等
得到了广泛的应用。然而，通常水性聚氨酯树脂在制备过程中引入了亲水基团或表面活性剂，使树脂成膜物的耐水性比溶剂型树脂性能差，表面性能差，具体体现为对水的接触角低，一般低于90°,限制了水性聚氨酯树脂的应用。为了拓宽水性聚氨酯树脂的应用范围，在水性聚氨酯树脂分子链中引入功能性元素或者基团以改善这些性能成为该领域的研究热点。其中，氟元素改性水性树脂制备氟改性的水性树脂技术近年来受到了重视和欢迎。但目前含氟类单体功能基团少，可用于水性树脂改性的品种有限。工业上，常用外乳化直接将含氟有机化合物和水性树脂共混，但二者相容性差，在乳液和固体膜中分布不均匀，达不到改性目的。而以含氟(甲基)丙烯酸酯为原料制备氟改性水性树脂的方法，存在合成工艺复杂，不利于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有水性聚氨酯树脂存在的对水接触角低、制备复杂等技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低表面能树脂乳液，其特征在于，原料按重量份数计算，包括以下组分：优选地，所述含氟聚醚多元醇的原料按重量份数计算，包括以下组分：其中，所述的溶剂为二氯甲烷、氯仿或两者的混合物；所述的催化剂为三氟化硼乙醚、浓硫酸和三氟甲磺酸中的至少一种；更优选地，所述含氟环氧化合物的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述含氟环氧化合物的制备方法为：将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、二丁基锡二月桂酸酯混合均匀后，加入异佛尔酮二异氰酸酯，控制反应温度为50℃，时间为2h后，加入环氧丙醇反应2小时，即得含氟环氧化合物。更优选地，所述含氟聚醚多元醇的制备方法为：依次将溶剂、三羟甲基丙烷、催化剂混合，在N2保护下，降温至5℃后，以1mL/秒的速度滴加含氟环氧化合物，然后在5℃反应3～5h，得到澄清液体；再向所得的澄清液体中加入为澄清液体体积2倍的水进行洗涤；于分液漏斗中静置分层，分液后得到下层白色乳浊液；将下层所得白色乳浊液控制压力为-755mmHg进行减压蒸馏，以除去溶剂和水分，即得含氟聚醚多元醇。优选地，所述的中和剂为三乙胺。优选地，原料还包括0.01～0.8份的二月桂酸二丁基锡。优选地，所述氟化扩链剂的制备原料包括重量比为120～240：100～200：245～406：10～100：0.01-0.02的2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、溶剂和催化剂，其中，所述的溶剂为丙酮、乙酸乙酯或两者的混合物，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。更优选地，所述氟化扩链剂的制备方法为：将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂依次加入到反应容器中，升温至20～50℃，按比例将溶剂以0.05～0.1mL/s的速度加入到反应容器中，搅拌下反应1～3h，然后按比例加入1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷，升温至70～90℃，搅拌下反应1～5h，即得氟化扩链剂。优选地，所述低表面能树脂乳液的原料配方为以下的任意一项：配方一：其中，所述含氟聚醚多元醇的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述含氟环氧化合物的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述氟化扩链剂的原料包括重量比为120：100：245：10：0.01的2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、溶剂和催化剂，其中，所述的溶剂为丙酮。配方二：其中，所述含氟聚醚多元醇的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述含氟环氧化合物的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述氟化扩链剂的原料按重量份数计算，包括重量比为240：200：460：100：0.02的2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、溶剂和催化剂，其中，所述的溶剂为丙酮和乙酸乙酯按体积比1:1组成的混合物；配方三：其中，所述含氟聚醚多元醇的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述含氟环氧化合物的原料按重量份数计算，包括以下组分：所述氟化扩链剂的原料按重量份数计算，包括重量比为170：150：320：30：0.015的2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、溶剂和催化剂，其中，所述的溶剂为乙酸乙酯。本专利技术还提供了上述低表面能树脂乳液的制备方法，其特征在于，将含氟聚醚多元醇在氮气保护下110～120℃下真空脱水1～2h，降温至80～90℃后，加入异佛尔酮二异氰酸酯以及根据配方加入二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下搅拌反应2～4h，加入二羟甲基丁酸和氟化扩链剂继续在氮气保护下搅拌反应1～2h，降温至30～40℃，加入乙二胺和中和剂，再加入去离子水并分散形成乳液，即得低表面能树脂乳液。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇通过化学改性技术引入进而制备含氟聚醚多元醇和含氟的二醇化合物(氟化扩链剂)，该氟化扩链剂通过扩链作用引入聚氨酯分子链上用制备水性含氟聚氨酯，该水性树脂可广泛用于飞机、船舶、建筑、交通和各种机械的涂层防护
本专利技术低表面能树脂乳液首先采用独特化学结构的异佛尔酮二异氰酸酯桥接术将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇和环氧丙醇有机结合，制备含氟环氧化合物，进而制备了含氟聚醚多元醇，该技术路线制备的含氟聚醚多元醇具有技术简单，成本低廉，易于实现等多种优势。进一步利用异佛尔酮二异氰酸酯桥接技术将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇和1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷进行化学反应，得到了一种含有两羟基的含氟化合物(氟化扩链剂)，由该氟化扩链剂制备水性含氟聚氨酯分子结构中含有大量的C-F键，C-F键键能高，而且F原子会与硬段相中-NHCOO-键中的H原子形成大量的氢键，从而使水性聚氨酯漆膜的力学性能大大提高；进一步地，由于所制的水性含氟聚氨酯结构中的C-F键在固化过程中迁移至材料表面，在涂膜表面层富集了大量含氟基团，从而使其成膜物大大提高的对水的接触角。进一步，由于采用了三官能度的1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷做原料，并将其用于制备扩链剂，由其制备的水性聚氨酯结构中含有较大的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低表面能树脂乳液，其特征在于，原料按重量份数计算，包括以下组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种低表面能树脂乳液，其特征在于，原料按重量份数计算，包括以下组分：





2.如权利要求1所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，所述含氟聚醚多元醇的原料按重量份数计算，包括以下组分：



其中，所述的溶剂为二氯甲烷、氯仿或两者的混合物；
所述的催化剂为三氟化硼乙醚、浓硫酸和三氟甲磺酸中的至少一种。


3.如权利要求2所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，所述含氟环氧化合物的原料按重量份数计算，包括以下组分：



所述含氟环氧化合物的制备方法为：将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、二丁基锡二月桂酸酯混合均匀后，加入异佛尔酮二异氰酸酯，控制反应温度为50℃，时间为2h后，加入环氧丙醇反应2小时，即得含氟环氧化合物。


4.如权利要求2所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，所述含氟聚醚多元醇的制备方法为：依次将溶剂、三羟甲基丙烷、催化剂混合，在N2保护下，降温至5℃后，以1mL/秒的速度滴加含氟环氧化合物，然后在5℃反应3～5h，得到澄清液体；再向所得的澄清液体中加入为澄清液体体积2倍的水进行洗涤；于分液漏斗中静置分层，分液后得到下层白色乳浊液；将下层所得白色乳浊液控制压力为-755mmHg进行减压蒸馏，以除去溶剂和水分，即得含氟聚醚多元醇。


5.如权利要求1所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，所述的中和剂为三乙胺。


6.如权利要求1所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，原料还包括0.01～0.8份的二月桂酸二丁基锡。


7.如权利要求1所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，所述氟化扩链剂的制备原料包括重量比为120～240：100～200：245～406：10～100：0.01-0.02的2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、溶剂和催化剂，其中，所述的溶剂为丙酮、乙酸乙酯或两者的混合物，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。


8.如权利要求7所述的低表面能树脂乳液，其特征在于，所述氟化扩链剂的制备方法为：将2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂依次加入到反应容器中，升温至20～50℃，按比例将溶剂以0.05～0.1mL/s的速度加入到反应容器中，搅拌下反应1～3h，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：高楠，张英强，王晓瑞，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31