一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，具体为将植物基生物多元醇与植物油多元醇复配，得到混合生物基多元醇，依次加入异氰酸酯、小分子扩链剂、磺酸型亲水扩链剂进行反应得到聚合物，经过后续的乳化、脱丙酮后得到生物基含量高达67％的磺酸型水性聚氨酯乳液。本发明专利技术所制成的乳液不良气味少，且提高生物质含量，更加环保。更加环保。

【技术实现步骤摘要】
一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法


[0001]本专利技术涉及涂料
，尤其涉及一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种性能优异、被应用广泛的高分子材料，水性聚氨酯在水性涂料、皮革涂饰、织物整理、汽车座椅、胶黏剂、密封胶等领域有着广泛应用，其核心技术壁垒较高，附加值较高。随着行业“油转水”趋势明显，水性聚氨酯的需求量也与日俱增。制备水性聚氨酯的主要原料为异氰酸酯和聚合物多元醇，这两者的上游原材料都是来自石油大化工的C1
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C4轻烃，对石化行业的高度依赖无疑不利于减碳、降碳。因此，开发具有效益的生物基水性聚氨酯，极具战略意义与实际价值。
[0003]随着全球能源危机的加剧以及人们对环境问题的担忧，生物质资源被认为是未来石化资源的重要替代品之一。木质纤维生物质资源是地球上储量最丰富的可再生生物质资源，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其质量之和约占生物体的80
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95％。为了减少对石油资源的依赖，利用木质纤维生物质等可再生资源开发新型绿色环保的聚氨酯材料，已成为各国科研工作者的研究热点。
[0004]然而，木质纤维生物质多存在于植物的枝干、秸秆中，需先将其进行液化处理，转化为液态小分子后再加以利用。植物纤维与液化试剂之间的反应相当复杂，在不同液化条件下会发生热解反应或液化反应。主要的反应类型有酯化、分解和缩聚三类，各种反应的强度、产物的结构取决于具体的反应条件。在合适的条件下，可将存在于植物机体中的木质生物质转化为生物基多元醇混合物，用于生物基聚氨酯的制备，获得效益。
[0005]如中国专利文献公开了一种生物质基水性聚氨酯的制备方法(公布号CN105732928A)，其将生物质液化后，与多元醇混合，制备得到水性聚氨酯产品，但所制备的乳液固含量相对较低(约30％)，且其为了促进基团反应以形成聚合物在该专利中添加有胺类成盐剂，致使乳液有刺鼻气味，影响使用，且整体生物质含量较低，获得的收益不明显。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：本专利技术提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，在提高生物质含量的同时减少不良气味的产生。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将植物基生物多元醇与植物油多元醇复配，得到混合生物基多元醇；
[0010](2)将步骤(1)所得的混合生物基多元醇与异氰酸酯反应，完成混合生物基多元醇脱水；
[0011](3)加入小分子扩链剂，得到预聚体；
[0012](4)加入磺酸型亲水扩链剂对步骤(3)所得预聚体进行扩链；
[0013](5)对步骤(4)所得聚合物加入去离子水并在高速剪切下进行乳化分散，得到乳液；
[0014](6)对乳液进行旋蒸，脱除丙酮，得到固含量为45％的磺酸型水性聚氨酯乳液。
[0015]本专利技术提出的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，将植物基生物多元醇与植物油多元醇进行复配，得到混合生物基多元醇；将混合生物基多元醇与异氰酸酯、小分子扩链剂、磺酸型亲水扩链剂进行聚合反应，无需使用成盐剂也能够发生完整的聚合反应，工艺简便。因此，所制成的乳液反应不具有成盐剂带来的刺鼻味道，得到固含量为45％、生物基含量高达67％的磺酸型水性聚氨酯乳液，极具效益。
[0016]进一步地，所述植物基多元醇为小麦秸秆基生物多元醇。
[0017]进一步地，所述小麦秸秆基生物多元醇的分子量为700g/mol。
[0018]进一步地，所述植物油多元醇的分子量为1000g/mol。
[0019]进一步地，所述小麦秸秆基生物多元醇的制备过程包括以下步骤：在氮气保护下，将预处理后的小麦秸秆与生物基粗甘油、氢氧化钠和催化剂混合并在180
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240℃温度下反应1
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5h后，添加复合醇继续反应 4
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5h，冷却后得到小麦秸秆生物基多元醇。
[0020]根据上述描述可知，将小麦秸秆与生物基粗甘油所制备得到的小麦秸秆基生物多元醇的分子量可达到700g/mol，并将该小麦秸秆基生物多元醇与高分子量的植物油多元醇复合能够提高聚氨酯的成膜性能，并且通过高分子量的多元醇进行水性聚氨酯制备，使其生物基含量占比提升，效益提升。
[0021]进一步地，所述异氰酸酯为4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯。
[0022]进一步地，所述步骤(3)具体为将步骤(2)所得反应物降温至 45～55℃，并加入丙酮搅拌；
[0023]加入小分子扩链剂并升温至60℃，冷凝回流反应3h得到预聚体。
[0024]进一步地，所述步骤(4)具体为向步骤(3)中所得反应物中加入丙酮，并降温至45～55℃进行搅拌，并匀速滴加磺酸型亲水扩链剂，滴加总时长为0.5h。
[0025]根据上述描述可知，加入磺酸型亲水扩链剂，利用其分子中伯胺基和仲胺基与异氰酸酯基团反应，使聚氨酯分子结构中既含有
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NCO与生物基多元醇反应得到的氨基甲酸酯基团，又含有
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NCO与胺反应得到的脲基，并且还含有强亲水性基团磺酸根，从而赋予水性聚氨酯更优异的存储稳定性、成膜性、耐黄变性能、力学性能、伸长率和耐水性，无任何刺鼻的不良气味。
[0026]进一步地，所述步骤(5)具体为向步骤(4)所得反应物加入去离子水并在转速为1500rpm的条件下高速剪切进行乳化分散15min，滴加二乙烯三胺，继续乳化分散0.5h，得到乳液。
[0027]进一步地，所述步骤(6)具体为将乳液置于35～40℃下旋蒸4h，脱除丙酮，得到固含量为45％的水性聚氨酯乳液。
具体实施方式
[0028]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。
[0029]为了更好的理解上述技术方案，下面将更详细地描述本专利技术的示例性实施例。应
当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0030]在水性聚氨酯体系中，添加单一的生物基多元醇所制成的水性聚氨酯遭遇各种诟病，是由于生物基多元醇的分子量普遍较低(低于500 g/mol)、分子量分布不集中且羟值较广，导致配方中水性聚氨酯投料量不精确以及较低的分子量使得所得水性聚氨酯制品的伸长率不佳，上述诸多因素致使漆膜力学性能不佳、成膜性不良或出现应力收缩等问题。因此往往需要将生物基多元醇与石油基多元醇按一定比例进行混合，才能满足多种需求。但是，上述方法制成的水性聚氨酯使得生物基多元醇的质量占比下降，得到的水性聚氨酯干膜中，生物基含量仅占20
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35％，效益下降。
[0031]本专利技术利用水解小麦秸秆和甘油制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将植物基生物多元醇与植物油多元醇复配，得到混合生物基多元醇；(2)将步骤(1)所得的混合生物基多元醇与异氰酸酯反应，完成混合生物基多元醇脱水；(3)加入小分子扩链剂，得到预聚体；(4)加入磺酸型亲水扩链剂对步骤(3)所得预聚体进行扩链；(5)对步骤(4)所得聚合物加入去离子水并在高速剪切下进行乳化分散，得到乳液；(6)对乳液进行旋蒸，脱除丙酮，得到固含量为45％的磺酸型水性聚氨酯乳液。2.根据权利要求1所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述植物基多元醇为小麦秸秆基生物多元醇。3.根据权利要求2所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述小麦秸秆基生物多元醇的分子量为700g/mol。4.根据权利要求1或3所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述植物油多元醇的分子量为1000g/mol。5.根据权利要求2所述的一种磺酸型水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述小麦秸秆基生物多元醇的制备过程包括以下步骤：在氮气保护下，将预处理后的小麦秸秆与生物基粗甘油、氢氧化钠和催化剂混合并在180
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240℃温度下反应1
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【专利技术属性】
技术研发人员：童自强，刘利威，沈梦，颜浩，
申请(专利权)人：上海三棵树防水技术有限公司，
类型：发明
国别省市：