一种生物基多元醇及其制备方法和在水性聚氨酯涂料中的应用技术

本发明专利技术属于聚氨酯涂料技术领域，具体涉及一种生物基多元醇及其制备方法和在水性聚氨酯涂料中的应用，采用仲醇为第一开环试剂，仲醇在催化剂的作用下与环氧植物油在微通道模块化反应装置的第一微反应器中进行开环反应，得到多元醇；以含季铵盐的醇类为第二开环试剂，含季铵盐的醇类与多元醇进行开环反应，得到生物基多元醇。本发明专利技术采用新型的开环试剂，制备得到的生物基多元醇结构新颖，该多元醇适中且分布均匀，粘度较低，可替代传统的石化多元醇，通过本发明专利技术制备的生物基多元醇来制备的水性聚氨酯涂料，性能得到显著提高。性能得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基多元醇及其制备方法和在水性聚氨酯涂料中的应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯涂料
，具体涉及一种生物基多元醇及其制备方法和在水性聚氨酯涂料中的应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯制品分为发泡制品和非发泡制品两大类。发泡制品有软质、硬质、半硬质聚氨酯泡沫塑料；非发泡制品包括涂料、粘合剂、合成皮革、弹性体和弹性纤维等。聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，其中尤以聚氨酯涂料的用途最为广泛。
[0003]近年来随着人们环保意识的增强和对自身健康的关注，加上环保条例中对挥发性有机化合物(VOC)的排放量以及有害溶剂的含量有严格要求，含有溶剂和有机填料的聚氨酯涂料的应用受到了极大的限制，促使聚氨酯涂料向水性化，粉末化及高固体份的方向发展。其中，水性聚氨酯涂料以水为分散介质，因具有安全无毒，无溶剂挥发，环境友好，耐水性好等特点而受到涂料界的高度重视。发展水性聚氨酯涂料成为近年来聚氨酯涂料领域的热点之一。
[0004]但是，现有的水性聚氨酯涂料，多以石油做原料制备多元醇，需要消耗大量的石油资源，且用石油制备多元醇存在工艺复杂，污染严重等问题。天然油脂是目前公认的也是唯一可以再生的石油替代品，而天然油脂中又以植物油的性能最为理想。因此，通过植物油多元醇用开环试剂将植物油分子引入到聚氨酯材料中，不仅可以解决石油资源短缺及环境污染等问题，还可以提高植物油产品的附加值。
[0005]聚氨酯的制备主要是多元醇和异氰酸酯的聚合过程，传统聚氨酯体系下主要采用石化聚醚或聚酯多元醇与异氰酸酯两种主要原料，针对涂料添加催化剂和表面活性剂等助剂调控聚合过程，影响材料性能，然而，采用植物油多元醇原料开发聚氨酯时，单体本身具有表面活性剂的性能，在水性聚氨酯涂料的分散性性能上有帮助。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种生物基多元醇。
[0007]本专利技术还要解决的技术问题是提供上述生物基多元醇的制备方法。
[0008]本专利技术进一步地要解决的技术问题是提供上述生物基多元醇在制备水性聚氨酯涂料中的应用。
[0009]专利技术思路：为了提高聚酯多元醇下游产品的力学性能，选用简单仲醇作为第一开环试剂，进行环氧基的开环反应，再采用含有季铵盐的伯醇对残余的环氧基进行开环反应，得到环氧值接近0的一类植物油多元醇产品。为了避免开环反应中的非选择性开环而产生交联副反应，本专利技术采用微反应技术，选用微通道模块化反应装置作为反应设备，进一步的控制开环基团。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]本专利技术公开了一种生物基多元醇的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将第一开环试剂和催化剂溶于1,4
‑
二氧六环，得到第一混合液；将环氧植物油与第一混合液分别同时泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中，进行第一开环反应，得到含有多元醇的反应流出液；
[0013](2)将第二开环试剂溶于1,4
‑
二氧六环，得到第二混合液；将第二混合液与步骤(1)得到的含有多元醇的反应流出液分别同时泵入微通道模块化反应装置的第二微反应器中，进行第二开环反应，即得。
[0014]具体地，步骤(1)中，所述的第一开环试剂为异丙醇、2
‑
丁醇和2
‑
戊醇中的任意一种；所述的催化剂为氟硼酸、磷酸、磷钨酸和脂肪酶CALB中的任意一种或几种的组合，优选为氟硼酸；所述的环氧植物油为环氧橄榄油、环氧花生油、环氧菜籽油、环氧棉籽油、环氧大豆油、环氧椰子油、环氧棕榈油、环氧芝麻油、环氧玉米油和环氧葵花籽油中的任意一种或几种的组合，优选为环氧大豆油或环氧棉籽油。
[0015]具体地，步骤(1)中，步骤(1)中，所述的第一开环试剂与1,4
‑
二氧六环的质量体积比为1g：3～6mL；所述的环氧植物油与催化剂的质量比为1：0.02；所述的环氧植物油中的环氧基团与第一开环试剂的摩尔比为1：0.7～0.9。
[0016]具体地，步骤(1)中，所述的环氧植物油泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中的流速为0.19～0.74mL/min；所述的第一混合液泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中的流速为0.23～0.92mL/min；所述的第一微反应器的体积为5～20mL，优选为5～15mL；所述的第一开环反应，反应温度为80～120℃，优选为80～100℃。
[0017]具体地，步骤(2)中，所述的第二开环试剂为含季铵盐的醇类；所述的含季铵盐的醇类为溴化胆碱、(3
‑
羟丙基)三甲基溴化铵、(4
‑
羟丁基)三甲基溴化铵、(2
‑
羟乙基)溴化吡啶和(3
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羟丙基)溴化吡啶中的任意一种，优选为溴化胆碱或(2
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羟乙基)溴化吡啶。
[0018]具体地，步骤(1)中环氧植物油中的环氧基团与步骤(2)中第二开环试剂的摩尔比为1：0.3～0.5。
[0019]具体地，步骤(2)中，所述的第二开环试剂与1,4
‑
二氧六环的质量体积比为1g：4～10mL；所述的第二混合液泵入微通道模块化反应装置的第二微反应器中的流速为0.4～1.6mL/min；所述的第二微反应器的体积为5～20mL，优选为10～20mL；所述的第二开环反应，反应温度为80～120℃，优选为90～110℃。
[0020]其中，步骤(2)中，将步骤(1)得到的含有多元醇的反应流出液泵入微通道模块化反应装置的第二微反应器中的流速为：环氧植物油泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中的流速与第一混合液泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中的流速之和。
[0021]具体地，所述的微通道模块化反应装置包括第一进料泵、第二进料泵、第三进料泵、第一微混合器、第二微混合器、微反应管道、管状温度控制模块、第一微反应器、第二微反应器以及接收器；其中第一进料泵与第二进料泵并联连接到第一微混合器，第一微混合器与第一微反应器通过微反应管道连接；第一微反应器与第三进料泵并联连接到第二微混合器，第二微混合器、第二微反应器与接收器通过微反应管道串联连接。
[0022]其中，所述的第一微混合器和第二微混合器的型号，优选为slit plate mixer LH25；所述的第一微反应器和第二微反应器的型号，优选为Vapotech。
[0023]其中，第一微反应器和第二微反应器的反应温度由油浴锅加热控制。
[0024]其中，将第二微反应器的反应流出液浓缩至1/2体积，加入乙酸乙酯，随后将浓缩的反应流出液依次用5wt％碳酸氢钠溶液和水进行洗涤，分层，干燥有机相，抽滤，浓缩，制得生物基多元醇。
[0025]上述制备方法制备得到的生物基多元醇也在本专利技术的保护范围之内。
[0026]进一步地，本专利技术还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基多元醇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将第一开环试剂和催化剂溶于1,4
‑
二氧六环，得到第一混合液；将环氧植物油与第一混合液分别同时泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中，进行第一开环反应，得到含有多元醇的反应流出液；(2)将第二开环试剂溶于1,4
‑
二氧六环，得到第二混合液；将第二混合液与步骤(1)得到的含有多元醇的反应流出液分别同时泵入微通道模块化反应装置的第二微反应器中，进行第二开环反应，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的第一开环试剂为异丙醇、2
‑
丁醇和2
‑
戊醇中的任意一种；所述的催化剂为氟硼酸、磷酸、磷钨酸和脂肪酶CALB中的任意一种或几种的组合；所述的环氧植物油为环氧橄榄油、环氧花生油、环氧菜籽油、环氧棉籽油、环氧大豆油、环氧椰子油、环氧棕榈油、环氧芝麻油、环氧玉米油和环氧葵花籽油中的任意一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的第一开环试剂与1,4
‑
二氧六环的质量体积比为1g：3～6mL；所述的环氧植物油与催化剂的质量比为1：0.02；所述的环氧植物油中的环氧基团与第一开环试剂的摩尔比为1：0.7～0.9。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的环氧植物油泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中的流速为0.19～0.74mL/min；所述的第一混合液泵入微通道模块化反应装置的第一微反应器中的流速为0.23～0.92mL/min；所述的第一微反应器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，方正，王旭佳，何伟，季栋，李玉光，陶俊杰，欧阳平凯，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：