一种二氧化碳基水性聚氨酯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及水性聚氨酯新材料领域，尤其是涉及一种二氧化碳基水性聚氨酯及其制备方法和应用。该二氧化碳基水性聚氨酯的制备原料包括以下质量份数的组分：二氧化碳基多元醇80～130份、异佛尔酮二异氰酸酯25～60份、二羟甲基丙酸4～10份、中和剂2～10份；其中，二氧化碳基多元醇为二氧化碳与环氧化合物聚合而成的二氧化碳基聚碳酸酯多元醇，分子量为1500～2500。该二氧化碳基水性聚氨酯具有稳定、高固含量、低粘度、强度高的优点。强度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳基水性聚氨酯及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水性聚氨酯新材料领域，尤其是涉及一种二氧化碳基水性聚氨酯及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水性聚氨酯树脂是一类环保型新材料，以水为介质，不含有有机溶剂，最大的特点是绿色无污染，使用过程中环保。根据配方和使用要求不同，可以应用在多个领域。但水性聚氨酯在某些领域与油性聚氨酯相比还是存在较大差异。目前，性能较好的水性聚氨酯大多固含量较低(30～40wt％)，在产品的包装、储运成本等方面不占优势。此外，固含量低意味着水分挥发，干燥时间长，生产效率低，不利于在很多领域的应用。一般来说，在乳液的稳定性与施工性能正常的情况下，固含量越高，竞争优势就越明显。许多应用领域如胶粘剂、皮革、木器涂料等都需要固含量相对较高的水性聚氨酯，以满足性能要求。
[0003]高固含量的水性聚氨酯树脂一直是目前研究的热点之一，目前研究制备高固含量的水性聚氨酯以磺酸型水性聚氨酯居多，但是磺酸盐制备的水性聚氨酯树脂，由于分子内具有亲水性能极佳的磺酸盐基团，在耐水性，耐溶剂性能这方面往往表现不佳。
[0004]二氧化碳基多元醇(PPCD)是一种价格低廉、性能优异的环保新型多元醇，其所制备的聚氨酯产品的力学性能优于采用常规聚酯型或聚醚型多元醇制备的聚氨酯，且耐水解性能好，因此具有广阔的工业应用前景。但二氧化碳基多元醇制得的水性聚氨酯固含量较低，且制备过程往往需要较高的温度和较长的时间。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种二氧化碳基水性聚氨酯及其制备方法和应用，该二氧化碳基水性聚氨酯具有稳定、高固含量、低粘度、强度高的优点。
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种二氧化碳基水性聚氨酯，制备原料包括以下质量份数的组分：
[0007]二氧化碳基多元醇80～130份；
[0008]异佛尔酮二异氰酸酯25～60份；
[0009]二羟甲基丙酸4～10份；
[0010]中和剂2～10份；
[0011]所述二氧化碳基多元醇为二氧化碳与环氧化合物聚合而成的二氧化碳基聚碳酸酯多元醇，分子量为1500～2500。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述环氧化合物为环氧丙烷或环氧乙烷，优选为环氧丙烷。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述二氧化碳基多元醇的羟基官能度为2，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.2～0.4。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述二氧化碳基多元醇的黏度(40℃)为4000～6000mPa
·
s，羟值为50～60mgKOH/g。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述二氧化碳基水性聚氨酯的制备原料还包括催化剂，所述催化剂的质量份数为0.2～0.4份。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述二氧化碳基水性聚氨酯的制备原料包括以下质量份数的组分：
[0017]二氧化碳基多元醇110～130份；
[0018]异佛尔酮二异氰酸酯30～60份；
[0019]二羟甲基丙酸8～10份；
[0020]中和剂3～6份；
[0021]催化剂0.2～0.3份。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述中和剂为三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠、氨水中的至少一种；
[0023]优选地，所述中和剂为三乙胺。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二正丁基锡、醋酸锡、有机铋中的至少一种；
[0025]优选地，所述催化剂为有机铋，为一种环保催化剂。
[0026]二氧化碳基多元醇的反应活性较低，所需合成温度较高，合成时间较长，而采用有机铋催化剂可以有效催化反应。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述二氧化碳基水性聚氨酯的固含量为40％～55％。
[0028]本专利技术的第二方面，提供上述的二氧化碳基水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1、按照配比，将所述二氧化碳基多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸混合，若有所述催化剂，还包括加入所述催化剂混合；降温得到二氧化碳基聚氨酯预聚体；
[0030]S2、将步骤S1所得二氧化碳基聚氨酯预聚体与所述中和剂混合，进行乳化，冷却后，即得。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中，混合的温度为100～120℃，所述混合的时间为4
‑
6h，降温至40
‑
70℃。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2中，乳化的温度为10～25℃，所述乳化的时间为10～60min。
[0033]本专利技术的第三方面，提供一种涂料，制备原料包括上述的二氧化碳基水性聚氨酯。
[0034]有益效果：
[0035]本专利技术采用二氧化碳基多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯以及二羟甲基丙酸为主要原料，通过配方设计，调节体系中的中和量，调整体系的羧基中和度为50％
‑
100％，控制结构上的亲水单体的亲水性能，制备得到粒径大小不一的乳胶体系(80～450nm)。粒径对于水性体系的有效空间影响很大，粒径范围越宽，有效空间越多，越有利于制备高固含量低粘度的水性聚氨酯乳液；但如果粒径较大，则会出现乳液不稳定的现象。
[0036]具体地，本专利技术采用二氧化碳基多元醇为制备原料，其是一种有区别于传统的化工多元醇材料，是以二氧化碳气体制备，材料含有大量的碳酸酯键，力学性能好，成本低，大
规模生产可以有效的利用气体二氧化碳，对环境保护、节能减排具有很大的意义；另外，将二羟甲基丙酸作为亲水性功能单体的优势在于性能更加稳定、耐水性能好，制备成本低。
[0037]综上，本专利技术的二氧化碳基水性聚氨酯乳液，能够有效的提高该乳液的固含量，降低成本，同时保证水性聚氨酯乳液具有良好的综合性能。
[0038]在本专利技术中，“摩尔分率”指的是二氧化碳摩尔含量占体系总摩尔数的百分含量。
[0039]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
具体实施方式
[0040]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0041]本专利技术的设计思路如下：中和剂中和体系中的羧基基团成盐，使得预聚物具有亲水性能，调节中和剂的用量，即可改变预聚物的亲水性能，控制其在水体系中的亲水程度，从而分散成不同粒径大小的乳液，通过这种方式可以制备高固含低粘度的水性聚氨酯乳液。
[0042]本专利技术使用的二氧化碳基多元醇为二氧化碳与环氧丙烷聚合而成的二氧化碳基聚碳酸亚丙酯二醇，其可来源于市售产品，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳基水性聚氨酯，其特征在于，制备原料包括以下质量份数的组分：二氧化碳基多元醇80～130份；异佛尔酮二异氰酸酯25～60份；二羟甲基丙酸4～10份；中和剂2～10份；所述二氧化碳基多元醇为二氧化碳与环氧化合物聚合而成的二氧化碳基聚碳酸酯多元醇，分子量为1500～2500。2.根据权利要求1所述的二氧化碳基水性聚氨酯，其特征在于，所述二氧化碳基多元醇的羟基官能度为2，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.2～0.4。3.根据权利要求1所述的二氧化碳基水性聚氨酯，其特征在于，所述中和剂为三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠、氨水中的至少一种；优选地，所述中和剂为三乙胺。4.根据权利要求1所述的二氧化碳基水性聚氨酯，其特征在于，还包括催化剂，所述催化剂的质量份数为0.2～0.4份。5.根据权利要求4所述的二氧化碳基水性聚氨酯，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二正丁基锡、醋酸锡、有机铋中的至少一种；优选地，所述催化剂为有机铋。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟彬，冼文琪，刘保华，蔡志华，
申请(专利权)人：惠州大亚湾达志精细化工有限公司，
类型：发明
国别省市：