一种非异氰酸酯聚脲材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种非异氰酸酯聚脲材料及其制备方法和应用，所述非异氰酸酯聚脲材料是以固化剂A与含亲核基团化合物B为原料制备而得，所述固化剂A为含氮丙啶

【技术实现步骤摘要】
一种非异氰酸酯聚脲材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子
，尤其涉及一种非异氰酸酯聚脲材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯是分子主链中含有氨基甲酸酯有机单元的一类聚合物材料，聚脲材料是聚氨酯材料中的一种特殊形式。传统的聚脲材料是由异氰酸酯与氨基组分反应生成的一类化合物，如利用异氰酸酯和胺类化合物发生加成聚合反应，或是以异氰酸酯和水为原料制备而成。聚氨酯(聚脲)其最大特点是硬段与软段易形成微观相分离，可通过调节软硬段的结构和比例得到具有不同性能的弹性体或塑料。
[0003]聚脲因硬段和软段的微相分离结构而具有其他材料所不具备的优异性能，而脲键所形成的微相分离结构进一步优于氨基甲酸酯所形成的微相分离结果。其性能更加优异，比如高机械强度、高断裂伸长率、良好的耐高低温性能、柔韧性、防湿滑、耐老化、防腐蚀等特性，使聚脲材料广泛应用于防水防腐涂层领域，我国在工程中大量用到了聚脲防水材料用于混凝土防护，解决了点状渗水问题；也广泛应用于深埋地下管道的防腐涂料及汽车部件涂装等。超高的抗拉伸和和撕裂的性能，以及极高的抗冲击强度，使其广泛应用于结构防护领域；良好的热稳定性，也使其在隔热材料领域有一定的研究和应用。
[0004]异氰酸酯作为制备传统聚脲材料必须的原料，具有一定的毒性，常用的二异氰酸酯如2,4
‑
二异氰酸基
‑1‑
甲基苯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)通过吸入、口服污染、眼睛接触等都可以进入人体，对人们的健康造成危害。而且异氰酸酯活性较高，无论是预聚体生产过程、储存过程、材料成型过程都需要严格隔绝水汽，因为水汽与异氰酸酯基团反应，放出二氧化碳气体，不仅导致异氰酸酯或预聚体变质，还在聚脲材料中产生气泡，这些缺陷的存在大大降低了聚脲的性能。
[0005]另一方面，异氰酸酯与氨基的反应十分迅速，只有几秒钟。如此快速的化学反应，导致传统聚脲材料只能通过喷涂形式应用，施工方法的苛刻，进一步限制了聚脲材料的应用，比如半密闭、密闭空间，狭小空间等。同时，快速的反应，也导致聚脲固化前对基层没有良好的浸润和铺展，所以聚脲涂料常需要精细的基层处理和底涂处理。因此，喷涂聚脲材料的制备是一种精细而有难度的制备方法。
[0006]针对聚脲材料的施工难度，近年来手工聚脲得到了快速的发展。手工聚脲采用聚天门冬氨酸树脂作为氨基供体，其中的仲氨基相比伯氨基，与异氰酸酯的反应活性有所下降，而且仲氨基附近的取代基产生的位阻效应，又进一步降低了其反应活性。聚天门冬氨酸树脂的专利技术，使手工操作聚脲成为了现实。聚天门冬氨酸树脂虽然具有喷涂聚脲的物理机械性能，如强度、撕裂、耐磨性等，但其耐热、耐腐蚀远远不如喷涂聚脲，这是由于其脲键由仲氨所得，且附近有取代基，其形成的硬段/区不如喷涂聚脲(脲键由伯胺与异氰酸酯反应而得)的硬段区化学能高。目前并未有成熟或可行的技术，既能获得喷涂聚脲的性能又具有良好施工性。
[0007]在学术和工业届，非异氰酸酯法制备聚脲材料受到了更多地关注。因此，一种环保绿色无公害的聚脲生产途径、且同时具有良好施工性，是目前聚脲行业的一大挑战。
[0008]CN109438698A公开了一种非异氰酸酯聚脲弹性体的制备方法，该方法利用二胺类化合物、碳酸二烷基酯和端氨基聚醚在催化剂A的作用下反应，随后，控制温度精馏出烷基醇，再加入催化剂B，控制温度和真空度，脱出产物，再改变温度和真空度增加产物粘性。此种方法在一定程度上解决了异氰酸酯毒性大的问题，但是制备过程较为复杂，实验条件较为严苛，需催化剂高温高压条件，对设备要求较高，生产成本高不便于推广。
[0009]林枫秋的《非异氰酸酯法制备热固性聚脲及其性能研究中》提供了一种利用氨酯交换法合成热塑性非异氰酸酯聚氨酯及弹性体的方法。向己二氨酯二醇和聚乙二醇体系中引入聚酰胺二醇熔融共聚可引入聚酰胺段，提高聚合物分子间的氢键作用，得到了综合性能良好的热塑性非异氰酸酯聚氨酯。这种方法原材料中的二氨酯二醇单体提纯比较繁琐，不适合工业化的大规模生产。
[0010]因此，现有技术合成聚脲的方法存在如下缺点：
[0011]1)现有技术中异氰酸酯聚脲的合成通常会使用到有毒异氰酸酯及其衍生物，对实验者的人身安全、环境都会造成很大的影响；
[0012]2)而目前流行的非异氰酸酯法则存在制备过程较为复杂，实验条件较为严苛，生产成本高不便于推广等问题；
[0013]3)性能优异的聚脲均为异氰酸酯与伯胺反应获得，施工性非常单一；
[0014]4)具有多种施工性的聚脲，由于原材料特殊结构等原因，比如位阻等效应，耐热性较差。
[0015]基于上述现有技术的情况，如何通过简单绿色环保的非异氰酸酯法和不同反应机理来合成聚脲，并获得一种反应条件简单温和、生产成本低、具有多重优异应用性能的聚脲成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0016]为解决上述存在的技术问题，本专利技术提供一种非异氰酸酯聚脲材料，所述非异氰酸酯聚脲材料化学结构式为：
[0017][0018]其中，R1基团为烷烃、芳香烃、脂肪烃、酯基、醚键及其衍生物中的一种或多种结构；
[0019]R2为烷烃、芳香烃、脂肪烃、硅氧烷、酯基、醚键及其衍生物中的一种或多种结构；
[0020]X为醚基、仲胺、季氨基、酯基、巯基基团的一种或多种结构；
[0021]Y为醚基、仲胺、季氨基、酯基、巯基基团的一种或多种结构。
[0022]进一步地，所述非异氰酸酯聚脲材料是以固化剂A与含亲核基团化合物B为原料制备而得。
[0023]进一步地，所述固化剂A为含氮丙啶
‑1‑
甲酰胺的化合物及其衍生物，其化学结构式为：
[0024][0025]其中，R1由异氰酸酯链段，聚氨酯预聚物链段、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或几种构成，例如或几种构成，例如
[0026][0027]进一步地，所述固化剂A为N，N
’‑
(亚甲基双(3，1
‑
亚苯基))双(氮丙啶
‑1‑
甲酰胺)，为无色无味白色粉末，其红外扫描在3500～3150cm
‑1、1690～1630cm
‑1、1600～1450cm
‑1、1260～1300cm
‑1、800～700cm
‑1范围内具有吸收峰，其化学结构式为：
[0028][0029]进一步地，所述非异氰酸酯聚脲材料的热力学性能在空气氛围下，5％失重温度为152.9
‑
190.9℃，10％失重温度为197.5
‑
284.7℃，在氮气氛围下5％失重温度为155.9
‑
182.0℃，10％失重温度为190.7
‑
298.5℃。
[0030]本专利技术还提供一种上述非异氰酸酯聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用溶液法，所述溶液法采用一步法或分步法。
[0031]进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非异氰酸酯聚脲材料，其特征在于，所述非异氰酸酯聚脲材料化学结构式为：其中，R1基团为烷烃、芳香烃、脂肪烃、酯基、醚键及其衍生物中的一种或多种结构；R2为烷烃、芳香烃、脂肪烃、硅氧烷、酯基、醚键及其衍生物中的一种或多种结构；X为醚基、仲胺、季氨基、酯基、巯基基团的一种或多种结构；Y为醚基、仲胺、季氨基、酯基、巯基基团的一种或多种结构。2.根据权利要求1所述的非异氰酸酯聚脲材料，其特征在于，所述非异氰酸酯聚脲材料是以固化剂A与含亲核基团化合物B为原料制备而得。3.根据权利要求2所述的非异氰酸酯聚脲材料，其特征在于，所述固化剂A为含氮丙啶
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甲酰胺的化合物及其衍生物，其化学结构式为：其中，R1由异氰酸酯链段，聚氨酯预聚物链段、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或几种构成。4.根据权利要求3所述的非异氰酸酯聚脲材料，其特征在于，所述固化剂A为N，N
’‑
(亚甲基双(3，1
‑
亚苯基))双(氮丙啶
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甲酰胺)。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述非异氰酸酯聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用溶液法，所述溶液法采用一步法或分步法。6.根据权利要求5所述非异氰酸酯聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述一步法的步骤为：选用非异氰酸酯的亲电化合物为固化剂A，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟辰中，王雪洁，宋育杰，刘伟，徐萌，刘金景，高利伟，王珅，
申请(专利权)人：北京东方雨虹防水技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：