一种聚氨酯微胶囊固化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种聚氨酯微胶囊固化剂，所述聚氨酯微胶囊固化剂包括乳液以及分散在所述乳液中的微胶囊，所述微胶囊占所述聚氨酯微胶囊固化剂的质量比为35～45％；所述微胶囊包括壁材和封闭在所述壁材内的芯材；所述芯材为异氰酸酯单体与催化剂反应后形成的异氰酸酯二聚体和/或异氰酸酯三聚体；所述壁材为胺与异氰酸酯单体反应形成。本发明专利技术中的聚氨酯微胶囊固化剂，具有微胶囊结构，通过液态原料乳化后由界面反应形成的壁材连续均匀，通过迅速升温后再迅速降温，使得壁材迅速熟化，避免了水的渗透，不会对芯材中的异氰酸酯单体和二聚体造成影响；使得微胶囊内部的异氰酸酯二聚体的有效含量大大提高，提升了交联反应的效率。提升了交联反应的效率。提升了交联反应的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯微胶囊固化剂及其应用
[0001]本申请是申请日为2022年4月25日、申请号为2022104413173、专利技术名称为“聚氨酯微胶囊固化剂、胶粘剂、胶膜及各自的制备方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术属于聚氨酯固化剂和聚氨酯材料
，具体涉及一种聚氨酯微胶囊固化剂和该聚氨酯微胶囊固化剂在聚氨酯材料如胶粘剂(胶水)、涂料、胶膜等中的应用。

技术介绍

[0003]固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。固化剂是树脂固化必不可少的添加物，无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂，否则树脂不能固化。
[0004]为了方便涂料、胶粘剂等的使用，在很多应用场合下会使用单组份的聚氨酯材料体系，通过加热来实现异氰酸酯的释放，使其与含活泼氢的组份发生反应提高交联密度，进而实现固化。上述的单组份聚氨酯材料体系中含有要在一定条件下才能起到固化剂作用的潜固化剂成分，需要在一定温度下潜固化剂才会解封，进而发生交联反应，而在常温下不会反应。
[0005]现有技术中已经出现使用TDI(甲苯二异氰酸酯)二聚体、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)二聚体、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)的二聚体或者IPDI三聚体表面去活化形成微胶囊结构，通过保护胶体制成稳定的悬浮液，将此悬浮液加入到乳液中可制成快速解封的单组份聚氨酯材料体系。通常将此种使用固体二聚体、三聚体为原料形成微胶囊结构的方法称为固态间隙式成囊方案。
[0006]现有技术中的固态间隙式成囊方案主要有以下两种：喷雾干燥成粒和机械研磨。上述两种方法存在如下的问题：使用喷雾干燥成粒的过程中使用吡啶作为溶剂，吡啶的气味非常大，并且制成的悬浮液中颗粒的粒径一般为15
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60um，在经历一段时间的存放后，粒径较大的颗粒会出现不可恢复的沉底，以致于产品完全失效；机械研磨制成的颗粒在研磨过程中因大颗粒的破碎，会释放一定数量的未反应单体，此单体在结晶过程是被包裹在其中的，成粒后较难分离，它在释放后与共研磨的胺、水会生成一定数量的无效固含量成分进而影响整体性能，并且此过程产生大量气泡影响加工、降低聚氨酯分散体的pH值，产品在生产完成后一段时间内pH值下降得较快，有些对pH较敏感的乳液使用时会出现立刻凝胶、析出等问题。
[0007]微胶囊固化剂与聚氨酯分散体(PUD)配制成胶水，胶水成膜后在高温下PUD被激活并会通过壁材渗透进微胶囊内发生交联。但是使用上述两种方案制成的TDI二聚体颗粒外观都是不规则的，如图1(喷雾干燥成粒方法制备得到的TDI二聚体颗粒)和图2(机械研磨方法制备得到的TDI二聚体颗粒)所示，它们在水中与失活胺反应后形成的微胶囊依然是不规则的，微胶囊壁材的厚度也是不一致的。使用上述两种方案制成的微胶囊受工艺批次的影响大，壁材的形状、厚度影响了渗透的速度、数量，从而影响交联的过程和最终材料的性能。
[0008]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种改进的聚氨酯微胶囊固化剂及其应用。
[0010]本专利技术同时还提供了该聚氨酯微胶囊固化剂的制备方法，该聚氨酯微胶囊固化剂在生产过程中避免了高活性的异氰酸酯与水的过多反应，从而减少了二氧化碳的产生，方便连续性生产，且避免了pH的快速下降，使其与众多乳液具有较好的相容性，通过界面反应制得的微胶囊颗粒表面均匀光滑、壁材厚度均匀，对于加热状态下的聚合具有更稳定可控的渗透速度以及固化交联速度。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用了以下的技术方案：
[0012]一种聚氨酯微胶囊固化剂的制备方法，所述聚氨酯微胶囊固化剂包括微胶囊结构，所述微胶囊结构包括壁材和封闭在所述壁材内的芯材，所述的制备方法包括如下步骤：
[0013]将含有异氰酸酯单体和催化剂的油相溶液和含有乳化剂的水相溶液进行混合、乳化形成乳浊液，其中所述的水相溶液构成水相(连续相)，所述的油相溶液形成液滴(分散相)；
[0014]向所述乳浊液中加入胺溶液并进行混合，使胺与界面处的异氰酸酯单体发生界面反应形成所述微胶囊的壁材；
[0015]将加入胺溶液后的乳浊液加热至50～80℃并保温1～8min，其中所述液滴内部的异氰酸酯单体发生反应转化为异氰酸酯二聚体和/或异氰酸酯三聚体，所述异氰酸酯二聚体和/或异氰酸酯三聚体构成所述微胶囊的芯材，所述加热时的升温速率大于或等于20℃/s；
[0016]将所述保温后的体系降温至20～30℃，所述降温时的降温速率大于或等于20℃/s。
[0017]在一些实施例中，通过控制升温速率将整个体系在1～10s内升温至50～80℃，避免长时间的加热过程中水的渗透。
[0018]优选地，所述制备方法包括向降温后的体系中加入增稠剂进行增稠的步骤，增稠后的体系在25℃下的粘度为1000
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2000cps。
[0019]优选地，所述制备方法包括将增稠后的体系进行静置熟化的步骤，所述熟化为将增稠后的所述聚氨酯微胶囊固化剂在20～30℃下保温12～36h。熟化过程中，芯材内剩余的异氰酸酯单体会在催化剂的作用下充分转化为二聚体，形成内部为异氰酸酯二聚体、外壁为具有一定强度壁材的微胶囊。
[0020]根据本专利技术的一些优选实施方面，将所述油相溶液与水相溶液进行混合前，控制所述油相溶液的温度为20～22℃。在20～22℃左右将异氰酸酯单体与催化剂投入到预混料仓中均匀混合，过低的温度会导致异氰酸酯单体结晶不利于在水相中形成均匀的液滴，而过高的温度会使异氰酸酯单体提早转变成大量的二聚体结晶，也不利于形成均匀的液滴。
[0021]根据本专利技术的一些优选实施方面，乳化以及添加胺溶液进行反应时，控制所述体
系的温度为0～5℃。采用0～5℃的低温可大幅度降低异氰酸酯单体与水的反应速度，减少气泡的产生，使得乳化的粒径可控，且得到的胶束界面光滑。在本专利技术的一些实施例中，水相溶液为将乳化剂加入至冰水中形成，进而控制水相溶液的温度为0～5℃。
[0022]根据本专利技术的一些优选实施方面，乳化时，所述水相溶液中的乳化剂与所述油相溶液中的异氰酸酯单体的质量比为0.01％～5％，在一些实施例中优选为0.1％～2％。
[0023]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述聚氨酯微胶囊固化剂中微胶囊的粒径为1～10μm，优选为5μm，乳化时对应的设备转速为1000～9000rpm。粒径的大小是通过乳化剂的用量和乳化设备的转速来控制，即在反应的过程中可以实现对粒径的调控，而传统的方法由于先制备得到异氰酸酯二聚体，后续过程是无法对粒径的大小进行调控。
[0024]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述异氰酸酯单体为具有至少两个异氰酸酯基
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述聚氨酯微胶囊固化剂包括乳液以及分散在所述乳液中的微胶囊，所述微胶囊占所述聚氨酯微胶囊固化剂的质量比为35～45％；所述微胶囊包括壁材和封闭在所述壁材内的芯材；所述芯材为异氰酸酯单体与催化剂反应后形成的异氰酸酯二聚体和/或异氰酸酯三聚体；所述壁材为胺与异氰酸酯单体反应形成。2.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述催化剂与异氰酸酯单体总量之间的摩尔比为0.001～0.5％。3.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述胺与异氰酸酯单体总量之间的摩尔比为6
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12％。4.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述聚氨酯微胶囊固化剂中微胶囊的粒径为1～10μm。5.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述乳液包括乳化剂、增稠剂、防腐剂和水。6.根据权利要求5所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述乳化剂与异氰酸酯单体总量之间的质量比为0.01％～5％。7.根据权利要求1或5所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，按质量百分比计，所述聚氨酯微胶囊固化剂包括微胶囊35～45％份；乳化剂0.1～2％份；增稠剂0.1～0.5％份；防腐剂0.1～0.5％份；水54～65％份。8.根据权利要求7所述的聚氨酯微胶囊固化剂，其特征在于，所述催化剂为选自4
‑
二甲氨基吡啶、吡啶、三叔丁基膦、三丁基膦、三乙烯二胺、2,4,6
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三(二甲氨基甲基)苯酚、双(二甲胺基乙基)醚、1,8
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二氮杂二环[5.4.0]十一碳
‑7‑
N
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甲基吗啉、五甲基二亚丙基二胺、1
‑
甲基
‑4‑
(2
‑
二甲氨基乙基)哌嗪、二甲氨基吡啶、2,2'
‑
二吗啉二乙基醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙伟，
申请(专利权)人：江苏奥斯佳材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：