一种POSS杂化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种POSS杂化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的制备原料包括支化预聚物、八氨基笼型倍半硅氧烷、酸类中和剂和溶剂的组合；且所述支化预聚物的制备原料包括碳酸甘油酯、酸酐类化合物和环氧类单体的组合；通过选择碳酸甘油酯作为环碳酸基团的来源，将其形成的支化预聚物和八氨基笼型倍半硅氧烷在溶剂中通过点击化学反应制备得到星型聚氨酯，再乳化即可得到所述POSS杂化水性聚氨酯乳液，具有无异氰酸酯毒性和星型结构的优点，同时还具有优异的热稳定性、机械性能和疏水性。机械性能和疏水性。

【技术实现步骤摘要】
一种POSS杂化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯
，具体涉及一种POSS杂化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯材料在耐温性、机械性能、耐候性、耐磨性能、防腐性能等方面性能突出，其在汽车涂料、家具涂料、地板涂料、皮革涂料、建筑涂料和防腐蚀涂料等领域有着广泛的应用。然而传统的聚氨酯通常是由异氰酸酯和多元醇反应得到，游离的异氰酸酯通常具有毒性，如常用的TDI，挥发性大，可通过呼吸道、皮肤等进入人体内，对人体的健康造成严重的危害；长期接触，还可能会造成进行性肺功能损伤；同时，生产异氰酸酯的原料之一的光气的毒性则更大。因此，传统聚氨酯从原料、生产到使用的全过程均对环境和人的健康有很大的危害。
[0003]随着人们环保、安全意识的增强，逐渐开始重视非异氰酸酯聚氨酯材料的开发与应用研究，涉及基础原材料包括环碳酸酯低聚物、多元胺的合成研究，且通过不同的方法合成出一系列具有不同结构的二元环碳酸酯齐聚物，然后将这些齐聚物与二胺反应，合成了一系列线性聚氨酯；由多元环碳酸酯齐聚物与多元伯胺反应可以得到交联型，在这方面，研究得最多，最典型的是将环氧大豆油转变成相应的环碳酸酯化合物，然后与二元伯胺反应制备热固性的聚氨酯；CN100593547A公开了一种使用天然可再生资源生成非异氰酸酯聚氨酯方法，将环氧大豆油及催化剂加入反应釜中，加入催化剂的量为环氧大豆油的3～5mol％，然后通入二氧化碳气体，反应温度在100～140℃，反应压力为6～14个大气压，在搅拌的作用下开始反应，反应时间为25～40小时，生成环状碳酸酯后与胺在70～80℃下进行混合，在100～110℃下成片7～8小时，在90～110℃温度下硫化24～72小时，在室温下放置7～9天；该专利技术是利用环氧大豆油和CO2来替代石油化工产品经过两步反应以合成非异氰酸酯聚氨酯，形成绿色的、清洁的、高效的非异氰酸酯聚氨酯的生产路线，方法简单。
[0004]碳酸甘油酯是已经大规模商业化的生物基专用化学品，具有高沸点、低凝固点、低挥发性、低可燃性、强极性、无毒、无味、无腐蚀、无污染、与水互溶、生物可降解等特性，是价格低廉的环碳酸酯化合物。多面体笼型倍半硅氧烷(POSS)是一种Si
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O组装的一种笼状结构，具有独特的三维结构。Raftopoulos等人通过PU链上的氨基甲酸酯、1,2
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丙二醇异丁基POSS和氨乙基氨丙基异丁基POSS的结合，得到POSS修饰的PU，由于POSS的存在，其玻璃化转变温度有所增强。Turri和Choudhury等人研究了单官能团POSS修饰的线性PU的表面疏水性，这类POSS修饰的PU由于POSS的存在，表面自由能降低而表面疏水性有所增强。Zheng等人在合成的网状PU中引入了两个多功能团的POSS单体，这类PU的热稳定性和机械性能都有所增加。但是，目前利用非异氰酸酯方法制备POSS杂化的星型结构水性聚氨酯乳液尚未被报道。
[0005]因此，开发一种制备原料中不添加异氰酸酯，进而具有环保特性和星型结构的POSS杂化水性聚氨酯乳液，是本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种POSS杂化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液由于制备原料中未添加异氰酸酯，进而具有无异氰酸酯毒性的特点，还具有星型结构，进而具有优异的热稳定性、机械性能和疏水性。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种POSS杂化水性聚氨酯乳液，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的制备原料由支化预聚物、八氨基笼型倍半硅氧烷、酸类中和剂和溶剂组成；
[0009]所述支化预聚物的制备原料包括碳酸甘油酯、酸酐类化合物和环氧类单体的组合。
[0010]本专利技术提供的POSS杂化水性聚氨酯乳液首先使用碳酸甘油酯制备的支化预聚物与八氨基笼型倍半硅氧烷在溶剂中通过点击化学反应制备具有星型结构的聚氨酯，然后在所述具有星型结构的聚氨酯中加入酸类中和剂乳化得到所述POSS杂化水性聚氨酯乳液。其中，所述碳酸甘油酯具有高沸点、低凝固点、低挥发性、低可燃性、强极性、无毒、无味、无腐蚀、无污染、与水互溶、生物可降解等特性，将其作为环碳酸基团的来源，具有价格低廉，制备聚合物的工艺相对简单的优势，且与传统的异氰酸酯制备得到的聚氨酯相比，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液具有无异氰酸酯毒性和星型结构的优点，同时还具有优异的热稳定性、机械性能和疏水性。
[0011]优选地，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的固含量为25～46％，例如27％、29％、31％、33％、35％、37％、39％、41％、43％或45％等。
[0012]优选地，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的气泡粘度为20～1200mpas，例如40mpas、60mpas、80mpas、100mpas、200mpas、400mpas、600mpas、800mpas或1000mpas等。
[0013]优选地，所述支化预聚物与八氨基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为(1～10):1，例如2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1等，进一步优选为(3～7):1，更进一步优选为(4～6):1。
[0014]优选地，所述八氨基笼型倍半硅氧烷具有式Ⅰ所示结构：
[0015][0016]其中，R＝CH2CH2CH2NH2。
[0017]优选地，所述酸类中和剂包括甲酸、乙酸或乳酸中的任意一种或至少两种的组合。
[0018]优选地，所述溶剂包括水、异戊酮、N
‑
甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮或甲基异丁基酮中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述酸酐类化合物包括苯酐、丁二酸酐、十二烯基丁二酸酐、氢化苯酐、4
‑
甲基六氢苯酐、十二烷基苯酐或偏苯三酸酐中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]优选地，所述环氧类单体包括环氧丙醇、叔碳酸缩水甘油酯、丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸甘油酯、3
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(氨基甲酸缩水甘油酯)丙酯三乙氧基硅烷，γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
(2,3
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环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷或γ
‑
(2,3
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环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]优选地，所述支化预聚物通过如下方法制备得到，所述方法包括：将碳酸甘油酯、酸酐类化合物和环氧类单体进行反应，得到所述支化预聚物。
[0022]作为优选技术方案，所述方法具体包括：将碳酸甘油酯、部分酸酐类化合物和部分环氧类单体加热到110～140℃(例如115℃、120℃、125℃、130℃或135℃等)，自然放热到160～200℃(例如165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃或195本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种POSS杂化水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的制备原料由支化预聚物、八氨基笼型倍半硅氧烷、酸类中和剂和溶剂组成；所述支化预聚物的制备原料包括碳酸甘油酯、酸酐类化合物和环氧类单体的组合。2.根据权利要求1所述的POSS杂化水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的固含量为25～46％；优选地，所述POSS杂化水性聚氨酯乳液的气泡粘度为20～1200mpas。3.根据权利要求1或2所述的POSS杂化水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述支化预聚物与八氨基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为(1～10):1，优选为(3～7):1，进一步优选为(4～6):1。4.根据权利要求1～3任一项所述的POSS杂化水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述八氨基笼型倍半硅氧烷具有式Ⅰ所示结构：其中，R＝CH2CH2CH2NH2；优选地，所述酸类中和剂包括甲酸、乙酸或乳酸中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1～4任一项所述的POSS杂化水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述溶剂包括水、异戊酮、N
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甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮或甲基异丁基酮中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求1～5任一项所述的POSS杂化水性聚氨酯乳液，其特征在于，所述酸酐类化合物包括苯酐、丁二酸酐、十二烯基丁二酸酐、氢化苯酐、4
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甲基六氢苯酐、十二烷基苯酐或偏苯三酸酐中的任意一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥伟，张宝春，尤磊，徐美玉，
申请(专利权)人：长兴化学天津有限公司，
类型：发明
国别省市：