一种改性阴离子型植物油基水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种改性阴离子型植物油基水性聚氨酯乳液，本发明专利技术将司盘和异弗尔同二异氰酸酯预聚反应得到以

【技术实现步骤摘要】
一种改性阴离子型植物油基水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，尤其涉及一种改性阴离子型植物油基水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]几十年来，聚氨酯(PU)一直被认为是用途最广泛的聚合物之一，并应用于各种工业领域，如油墨、粘合剂、泡沫、密封剂等。然而，在生产和应用过程中，传统溶剂型聚氨酯总是使用大量的挥发性有机化合物(VOC)和有害空气污染物(HAP)，对环境和健康造成严重危害。因此，水性聚氨酯(WPU)被认为是传统溶剂型聚氨酯的替代品。随着原油储量有限的问题日益受到关注，利用生物基原料，包括纤维素、木质素和植物油作为石油基对应物的替代品，是新的有前途的领域。其中，植物油因其低成本、可再生性和易得性而成为最有前途的选择之一。植物油分子中的三个酯和0
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7个碳碳双键，为化学改性提供了反应位点。蓖麻油是唯一一种含有羟基的天然植物油，可直接用作多元醇无需进一步改性即可制备WPU，而其他植物油则必须进行改性以引入羟基。然而，基于植物油的多元醇的柔性长链脂肪酸和相对较低的
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OH值(主要为70
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300mg KOH/g)导致其所得WPU薄膜受到一定的机械和热性能限制，而影响植物油基水性聚氨酯实际应用。
[0003]针对以上问题，专利技术人提出了通过分子链结构的设计，通过改变其分子结构来提高植物油基水性聚氨酯的物理化学性能，并用于实际应用，使其制备的材料能具有较好的机械性能、玻璃化转变温度，并具有良好的防紫外透过性和防腐蚀性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于提供一种改性阴离子型植物油基高交联密度水性聚氨酯乳液。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述水性聚氨酯乳液的的制备方法，利用司盘这一具有高活性反应位点的生物基单体增加水性聚氨酯的交联密度，操作简单，相比同类型的材料，具有较好的机械性能、玻璃化转变温度、防紫外透过性和防腐蚀性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种改性阴离子型植物油基水性聚氨酯，包括如下按重量份计的组分：蓖麻油30～80份,司盘3～25份,异弗尔同二异氰酸酯4～50份,2,4
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二羟甲基丁酸10～15份,三乙胺5～10份,水800～1100份，催化剂0.05～0.2份。
[0008]本专利技术中司盘(失水山梨醇脂肪酸酯)采用市售司盘系列产品均可，例如司盘
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85、司盘
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80、司盘
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60、司盘
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40、司盘
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20等。
[0009]本专利技术同时提供所述改性阴离子型植物油基水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、将司盘和异弗尔同二异氰酸酯预聚反应得到以
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NCO基团封端的预聚体；
[0011]S2、将蓖麻油和2,4
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二羟甲基丁酸加入到步骤S1制备的预聚体中，并添加催化剂反应至当反滴定测定体系中NCO基团降至10％以下时，加入有机溶剂将预聚体稀释成溶液继续反应2～4h；
[0012]S3、在步骤S2反应后的溶液中加入中和剂中和，然后加水乳化，最后旋蒸，获得所述水性聚氨酯乳液。
[0013]作为一种优选的技术方案，步骤S1中所述预聚反应的温度为60～90℃，反应时间为1
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2h。
[0014]作为一种优选的技术方案，步骤S2中所述蓖麻油与步骤S1中所述司盘的羟基摩尔比例为9:1～4:6。
[0015]作为一种优选的技术方案，步骤S2中所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，催化温度为60～90℃，以加速
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NCO基团与
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OH反应速率。
[0016]作为一种优选的技术方案，步骤S3中所述加水乳化的机械转速为300～500r/min，搅拌时间为2h。
[0017]本申请同时要求保护所述改性阴离子型植物油基水性聚氨酯乳液在制备防紫外及防腐蚀材料中的应用。
[0018]进一步地，将此水性聚氨酯材料进行应用时，所述水性聚氨酯乳液的固含量为15～20％。
[0019]本申请通过实验发现，司盘可用于提升水性聚氨酯防紫外和防腐蚀材料中的应用，更具体地，将司盘和植物油作为多元醇进行水性聚氨酯合成反应。
[0020]本专利技术中水性聚氨酯在特殊波长段原本没有抗紫外性，通过分子链结构的设计使其与其他材料复合，通过改变植物油基水性聚氨酯分子结构，明显提高了材料的抗紫外透过性和防腐蚀性能。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术以司盘(失水山梨醇脂肪酸酯)作为多元醇，利用这一具有高活性反应位点的生物基单体增加水性聚氨酯涂层的交联密度，改性得到的水性聚氨酯具有良好的抗紫外透过性和防腐蚀性能，可以用于制备具有防紫外和防腐蚀性能的材料中。
[0023](2)本专利技术利用原有制备工艺进行反应，仅以司盘(失水山梨醇脂肪酸酯)替代部分蓖麻油进行改性，操作简便，反应程度高，而且相比同类型的材料，具有较好的机械性能、玻璃化转变温度、防紫外和防腐性能，进一步拓宽了其应用领域，应用前景好。
附图说明
[0024]图1为本专利技术制备技术路线。
[0025]图2为本专利技术实施例及对比例的水性聚氨酯膜机械性能图。
[0026]图3为本专利技术实施例及对比例的水性聚氨酯膜紫外透过图。
[0027]图4为本专利技术实施例及对比例的水性聚氨酯凝胶率测试图。
[0028]图5为本专利技术实施例及对比例的水性聚氨酯电化学腐蚀极化曲线图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例和对比例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
[0031]实施例1
[0032]一种失水山梨醇单油酸酯改性阴离子型植物油基高交联密度水性聚氨酯乳液，按以下方法制备得到：
[0033]将异佛尔酮二异氰酸酯IPDI(4.4186g)和计算量的SP(0.3341g)加入干燥的二颈烧瓶中，并加入适量的二月桂酸二丁基锡DBTDL(0.01g)作为催化剂，在78℃下(250rpm)搅拌反应2小时。加入蓖麻油多元醇(7.2g)和2，4
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二羟基丁酸(1.19g)继续反应1小时，然后加入少量丁酮MEK(20ml)降低体系粘度，继续反应。当反滴定测定体系中NCO基团降至10％以下时，将体系温度降至室温，加入三乙胺TEA(0.7919g)中和30分钟。最后在双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性阴离子型植物油基水性聚氨酯，其特征在于，包括如下按重量份计的组分：蓖麻油30～80份,司盘3～25份,异弗尔同二异氰酸酯4～50份,2,4
‑
二羟甲基丁酸10～15份,三乙胺5～10份,水800～1100份，催化剂0.05～0.2份。2.一种权利要求1所述改性阴离子型植物油基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将司盘和异弗尔同二异氰酸酯预聚反应得到以
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NCO基团封端的预聚体；S2、将蓖麻油和2,4
‑
二羟甲基丁酸加入到步骤S1制备的预聚体中，并添加催化剂反应至当反滴定测定体系中NCO基团降至10％以下时，加入有机溶剂将预聚体稀释成溶液继续反应2～4h；S3、在步骤S2反应后的溶液中加入中和剂中和，然后加水乳化，最后旋蒸，获得所述水性聚氨酯乳液。3.根据权利要求2所述改性阴离子型植物油基水性聚氨酯的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超群，邓恒辉，卢其明，罗颖，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：