一种含氟含硼水性聚氨酯材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含氟含硼水性聚氨酯材料及其制备方法，属于水性聚氨酯材料技术领域，所述制备方法由以下步骤组成：制备化合物1，制备含氟扩链剂2，预聚，扩链；所述扩链，将含氟扩链剂2与2,2

【技术实现步骤摘要】
一种含氟含硼水性聚氨酯材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水性聚氨酯材料
，具体涉及一种含氟含硼水性聚氨酯材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年来，水性涂料的生产和使用中几乎无VOCs（挥发性有机物）排放而备受亲来，随着水性涂料的广泛应用，人们对于水性涂料的性能要求越来越高的同时，对其“多功能化”的发展也越来越关注，水性聚氨酯作为水性涂料中的高端产品，在家具、建筑、交通等领域应用广泛。然而由于水性聚氨酯分子链主要由 C、N、O、H等元素构成，极限氧指数（LOI）仅为 18%，属于易燃物。此外，由于水性聚氨酯中含有大量亲水基团，所以水性聚氨酯的耐水性较差，因此，对水性聚氨酯进行阻燃和耐水性改性成为了当下的研究热点。
[0003]氟原子具有很强的电负性，与碳原子形成的C
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F键高度极化，含氟水性聚氨酯在成膜过程中，含氟链段以螺旋状分布在碳链周围，对C
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C 键有很强的屏蔽作用，因而含氟水性聚氨酯拥有较低的表面能，其在保留原有的柔韧性、拉伸性和耐磨性等优良性能的同时，还具有优异的防污性、耐水性、耐腐蚀性、耐热性以及低摩擦系数、低介电常数等性质；硼属于ⅢA族，其化学性质类似于碳和硅，所以含硼化合物可以与含碳、硅化合物显示出相同的阻燃性。含硼化合物在凝聚相和气相中的阻燃作用模式不同，在凝聚相中，通过物理和化学途径来稳定炭，并阻碍滴落；通过充当烧结剂和助熔剂来改善炭的阻隔效果。大多数无机硼化合物会吸热分解（散热器作用）并释放出水（燃料稀释），这通常是含硼化合物在气相中的物理阻燃作用。除了上述阻燃作用外，有机硼化合物在燃烧过程中会释放作为自由基清除剂的自由基（火焰抑制），并释放不可燃气体从而抑制高分子基体的燃烧，由于作用方式多样，含硼化合物可作为阻燃剂、抑烟剂、余辉抑制剂和助熔剂。
[0004]目前，有机氟化物改性水性聚氨酯的研究已有较多的报道，氟硼共改性水性聚氨酯中多以含硼无机盐改性为主，改性过程中需外加分散剂将含硼无机盐分散，同时成膜后无机盐会存在迁移问题；含硼有机物与聚氨酯相容性好，但是含硼有机物会影响聚氨酯的稳定性、耐水性和阻燃性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种含氟含硼水性聚氨酯材料及其制备方法，能够提高水性聚氨酯的稳定性、耐水性、阻燃性、分散性好，且成膜后不存在无机盐迁移问题。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法，由以下步骤组成：制备化合物1，制备含氟扩链剂2，预聚，扩链；所述化合物1的结构式为：
所述含氟扩链剂2的结构式为：所述制备化合物1，将五氟丙醇与对甲苯磺酰氯溶于蒸馏水中，搅拌，升温至50℃，滴加氢氧化钠溶液，控制滴加时间为15min，滴加结束后继续反应3h，然后冷却至室温，使用乙醚萃取，收集乙醚，使用无水硫酸钠干燥，去除乙醚，纯化后得到化合物1；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.192g/mL；其中，五氟丙醇与对甲苯磺酰氯的摩尔比为1:1.2；其中，五氟丙醇与氢氧化钠溶液的重量比为6:11.92。
[0007]所述制备含氟扩链剂2，将化合物1与二乙醇胺溶于四氢呋喃，搅拌，升温至60℃，反应4.5h，然后旋转蒸发除去杂质，纯化，得到含氟扩链剂2；其中，化合物1与二乙醇胺的重量比为4.86:2.01；其中，化合物1与四氢呋喃的质量体积比为4.86g:16mL。
[0008]所述预聚，将干燥的聚四亚甲基醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯混合后，搅拌，在87℃下反应1h，得到预聚物；所述干燥的聚四亚甲基醚二醇的制备方法为：将聚四亚甲基醚二醇置于90℃下干燥4h后，得到干燥的聚四亚甲基醚二醇；所述聚四亚甲基醚二醇的平均分子量为2000；其中，干燥的聚四亚甲基醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为0.0125:0.0563。
[0009]所述扩链，将含氟扩链剂2与2,2
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二羟甲基丙酸溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，得到混合液；控制预聚物的温度为85
‑
90℃，将混合液滴入预聚物中，控制滴加时间为1min，然后滴加有机铋催化剂DY
‑
20，控制滴加时间为1
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3min，滴加结束后反应2h；然后加入一乙醇胺硼酸单酯，在85
‑
90℃下反应1.5
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2h后，冷却至60℃，加入三乙胺和丙酮，继续搅拌15
‑
20min，得到聚合物溶液；将聚合物溶液与水混合，得到含氟含硼水性聚氨酯材料；
其中，含氟扩链剂2与2,2
‑
二羟甲基丙酸的摩尔比为0.0053
‑
0.0160:0.0175；其中，含氟扩链剂2与N,N
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二甲基甲酰胺的重量比为1.245
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3.736:3；其中，含氟扩链剂2与有机铋催化剂DY
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20的重量比为1.245
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3.736:0.5
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1.5；其中，含氟扩链剂2、一乙醇胺硼酸单酯、三乙胺的摩尔比为0.0053
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0.016:0.016
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0.048:0.0175；其中，含氟扩链剂2与丙酮的重量比为1.245
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3.736:10
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20；所述含氟含硼水性聚氨酯材料的固含量为25%。
[0010]一种含氟含硼水性聚氨酯材料，根据上述含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法制得。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术的含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法，能够提高水性聚氨酯材料的耐水性，由本专利技术的水性聚氨酯材料制备的水性聚氨酯薄膜的吸水率为4.3
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10.4%；（2）本专利技术的含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法，能够提高水性聚氨酯材料的阻燃性，由本专利技术的水性聚氨酯材料制备的水性聚氨酯薄膜的氧指数为21.2
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30.6%；（3）本专利技术的含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法，能够提高水性聚氨酯材料的稳定性和分散性，将本专利技术制备的水性聚氨酯乳液进行离心，控制离心速度为4000rpm,离心时间为15min，离心结束后水性聚氨酯材料中无沉淀产生，而且储存稳定性好，至少可在室温下储存6个月；（4）本专利技术的含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法，制备的水性聚氨酯材料在成膜后不存在无机盐迁移问题。
附图说明
[0012]图1为含氟扩链剂2的合成路线；图2为化合物1的液相淋洗曲线；图3为含氟扩链剂2的液相淋洗曲线；图4为含氟扩链剂2的核磁谱图；图5为含氟含硼水性聚氨酯材料的合成路线。
具体实施方式
[0013]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本专利技术的具体实施方式。
[0014]实施例1 含氟扩链剂2的制备如图1所示，含氟扩链剂2的制备方法为：将1.92g 氢氧化钠溶于10ml水中得到氢氧化钠溶液；再将6g（0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氟含硼水性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：制备化合物1，制备含氟扩链剂2，预聚，扩链；所述化合物1的结构式为：所述含氟扩链剂2的结构式为：所述制备化合物1，将五氟丙醇与对甲苯磺酰氯溶于蒸馏水中，搅拌，升温至50℃，滴加氢氧化钠溶液，控制滴加时间为15min，滴加结束后继续反应3h，然后冷却至室温，使用乙醚萃取，收集乙醚，使用无水硫酸钠干燥，去除乙醚，纯化后得到化合物1；所述制备含氟扩链剂2，将化合物1与二乙醇胺溶于四氢呋喃，搅拌，升温至60℃，反应4.5h，然后旋转蒸发除去杂质，纯化，得到含氟扩链剂2；所述预聚，将干燥的聚四亚甲基醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯混合后，搅拌，在87℃下反应1h，得到预聚物；所述扩链，将含氟扩链剂2与2,2
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二羟甲基丙酸溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，得到混合液；控制预聚物的温度为85
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90℃，将混合液滴入预聚物中，控制滴加时间为1min，然后滴加有机铋催化剂DY
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20，控制滴加时间为1
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3min，滴加结束后反应2h；然后加入一乙醇胺硼酸单酯，在85
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90℃下反应1.5
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2h后，冷却至60℃，加入三乙胺和丙酮，继续搅拌15
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20min，得到聚合物溶液；将聚合物溶液与水混合，得到含氟含硼水性聚氨酯材料；所述扩链中，含氟扩链剂2与2,2
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二羟甲基丙酸的摩尔比为0.0053
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0.0160:0.0175；含氟扩链剂2与有机铋催化剂DY
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20的重量比为1.245
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3.736:0.5
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1.5。2.根据权利要求1所述的含氟含硼水性聚氨酯材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张范，张海涛，董鹏，曹广文，
申请(专利权)人：潍坊弘润新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：