一種水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯涂料及其制備方法技術(shù)

本申請屬于聚合物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯及其制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的水性聚氨酯為一種新型的非異氰酸酯基聚氨酯，不含高毒性和高濕敏性的異氰酸酯基，對環(huán)境無污染、對人體健康無傷害、不易燃燒、安全性好。本發(fā)明專利技術(shù)采用磺酸鹽基團作為水性化基團，在一定的酸性條件下也可以保持穩(wěn)定，而且不需要加入叔胺類化合物，無刺激性氣味，比羧酸型水性聚氨酯具有更高的粘結(jié)力、耐水性、耐熱性；同時，本發(fā)明專利技術(shù)采用的環(huán)碳酸酯類化合物具有高沸點、低氣味、低蒸發(fā)率和低毒等優(yōu)點，且生物降解性優(yōu)良，可利用二氧化碳作為環(huán)碳酸酯的原料，綠色環(huán)保。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯涂料及其制備方法
本專利技術(shù)屬于聚合物
，具體涉及一種水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯涂料及其制備方法。
技術(shù)介紹
紫外光固化聚氨酯是一類節(jié)能型材料，它在受到紫外光照射后，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而引起聚合、交聯(lián)，使其瞬間由液態(tài)變成固態(tài)。水性紫外光固化聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，因其無污染、安全可靠、機械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性等優(yōu)點，在涂料和膠粘劑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前大多數(shù)的水性聚氨酯以羧酸鹽作為親水基團，其制備方法多為采用二異氰酸酯和聚酯或聚醚多元醇反應(yīng)得到分子量較小的端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚物，之后加入含羧基的多元醇進行擴鏈使聚氨酯分子上含有羧基，含羧基多元醇通常為2,2-二羥甲基丙酸，最后使用三乙胺等胺類小分子將羧基中和成鹽并快速的分散于水中得到羧酸型水性聚氨酯。然而，該類聚氨酯為端異氰酸酯聚氨酯，其中包含大量的游離異氰酸酯，在施工和材料固化過程中，部分游離異氰酸酯揮發(fā)出來，尤其是甲苯二異氰酸酯等物質(zhì)，會危害人體健康和污染環(huán)境。同時，羧酸鹽型水性聚氨酯穩(wěn)定性較差，其在酸性條件下會使得羧酸結(jié)合氫離子，導(dǎo)致親水性減弱和乳化性能下降。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種穩(wěn)定性好、對人體無害、綠色環(huán)保的水性紫外光固化聚氨酯及其制備方法和涂料。本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案如下：本專利技術(shù)提供了一種水性聚氨酯，具有如式Ⅰ所示的結(jié)構(gòu)：其中，R1選自-H、-OH、-OCH3、苯基、C1～12烷基或C1～12烯基；R2選自-CHNR5R6、中的一種或兩種；R3選自R4選自R5和R6各自獨立的選自-H或C1～12烷基；n＝1～20。本專利技術(shù)還提供了一種上述水性聚氨酯的制備方法，包括：a)在氮氣或惰性氣體下，將環(huán)碳酸酯類化合物和胺類化合物進行反應(yīng)，得到第一反應(yīng)中間體；b)步驟a)得到的第一反應(yīng)中間體和磺酸鹽類化合物在催化劑存在的條件下進行反應(yīng)，得到第二反應(yīng)中間體；c)步驟b)得到的第二反應(yīng)中間體和丙烯酸類化合物在阻聚劑存在的條件下進行反應(yīng)，得到具有式Ⅰ所示結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯。優(yōu)選的，步驟a)中所述惰性氣體包括氦氣和氬氣；所述環(huán)碳酸酯類化合物為碳酸乙烯酯、1-甲氧基-碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。優(yōu)選的，步驟a)中所述胺類化合物為二元胺和/或三元胺；所述二元胺為聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000或異佛爾酮二胺；所述三元胺為聚醚胺T-403。優(yōu)選的，步驟b)中所述磺酸鹽類化合物為間苯二甲酸-5-磺酸鈉；所述催化劑為4-二甲氨基吡啶或二環(huán)己基碳二亞胺；所述催化劑的添加量為所述磺酸鹽類化合物總質(zhì)量的0.3％～0.7％。優(yōu)選的，步驟c)中所述丙烯酸類化合物為丙烯酸、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸縮水甘油酯；所述阻聚劑為對羥基苯甲醚、對苯二酚或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；所述阻聚劑的添加量為所述丙烯酸類化合物總質(zhì)量的80～120ppm。優(yōu)選的，所述環(huán)碳酸酯類化合物、胺類化合物、磺酸鹽類化合物和丙烯酸類化合物的摩爾比為(2～2.5):1：(0.5～1):1。本專利技術(shù)還提供了一種水性紫外光固化聚氨酯涂料，包含上述水性聚氨酯和/或上述制備方法得到的水性聚氨酯、光引發(fā)劑和水。優(yōu)選的，所述光引發(fā)劑為芳基烷基酮類、二苯甲酮類、雜環(huán)芳酮類、芳基重氮鹽或碘鎓鹽類化合物；所述光引發(fā)劑的添加量為所述水性聚氨酯總質(zhì)量的0.05％～0.15％。所述水的添加量為所述水性聚氨酯總質(zhì)量的10％～60％。本專利技術(shù)還提供了一種上述水性紫外光固化聚氨酯涂料的制備方法，為：將水性聚氨酯、光引發(fā)劑和水混合；所述混合為在350rpm下攪拌1h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)所提供的水性聚氨酯為一種新型的非異氰酸酯基聚氨酯，不含高毒性和高濕敏性的異氰酸酯基，對環(huán)境無污染、對人體健康無傷害；在其制備過程中，本專利技術(shù)采用磺酸鹽基團作為水性化基團，在酸性條件下可以保持穩(wěn)定，而且無需使用叔胺類化合物，無刺激性氣味，比羧酸型水性聚氨酯具有更高的粘結(jié)力、耐水性、耐熱性；同時，采用的環(huán)碳酸酯類化合物具有高沸點、低氣味、低蒸發(fā)率和低毒等優(yōu)點，且生物降解性優(yōu)良，可利用二氧化碳作為環(huán)碳酸酯的原料，綠色環(huán)保。本專利技術(shù)所提供的水性紫外光固化聚氨酯涂料不含任何活性稀釋劑，不易燃燒，安全性好，其制備工藝優(yōu)化，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、選擇性強、制備過程安全清潔。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為實施例1得到的水性聚氨酯的核磁共振氫譜；圖2為實施例1得到的水性聚氨酯的紅外光譜。具體實施方式為了克服現(xiàn)有水性聚氨酯穩(wěn)定性差和含具有高毒性和高濕敏性的異氰酸酯基的問題，本專利技術(shù)提供了一種穩(wěn)定性好、對人體無害、綠色環(huán)保的水性聚氨酯和水性紫外光固化聚氨酯涂料及其制備方法。本專利技術(shù)提供了一種具有如式Ⅰ所示分子結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯：其中，R1選自-H、-OH、-OCH3、苯基、C1～12烷基或C1～12烯基，優(yōu)選為-H、C1～8烷基或C1～8烯基，再優(yōu)選為-H和-CH3，最優(yōu)選為-CH3；R2選自-CHNR5R6、R3選自R4選自R5和R6各自獨立的選自-H或C1～12烷基；n＝1～20。在本專利技術(shù)中，所述烷基包含1～12個碳原子，或1～8個碳原子，或1～6個碳原子，或1～4個碳原子，或1～2個碳原子的單價烴基，其中烷基可以獨立任選地被一個或多個本專利技術(shù)所描述的取代基所取代。烷基更進一步的實例包括，但并不限于，甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、2-戊基、3-戊基、2-甲基-2-丁基、正庚基、正辛基等等。術(shù)語“烷基”在此處使用，表示從直鏈、支鏈或環(huán)狀的飽和碳鏈。本專利技術(shù)還提供了一種上述水性聚氨酯的制備方法，包括：a)在氮氣或惰性氣體下，將環(huán)碳酸酯類化合物和胺類化合物進行反應(yīng)，得到第一反應(yīng)中間體；b)步驟a)得到的第一反應(yīng)中間體和磺酸鹽類化合物在催化劑存在的條件下進行反應(yīng)，得到第二反應(yīng)中間體；c)步驟b)得到的第二反應(yīng)中間體和丙烯酸類化合物在阻聚劑存在的條件下進行反應(yīng)，得到所述水性聚氨酯。進一步的，步驟a)中所述惰性氣體包括氦氣和氬氣；所述環(huán)碳酸酯類化合物優(yōu)選為碳酸乙烯酯、1-甲氧基-碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯，再優(yōu)選為碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯，更優(yōu)選為碳酸丙烯酯。進一步的，步驟a)中所述胺類化合物為二元胺和/或三元胺；所述二元胺為聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000或異佛爾酮二胺；所述三元胺為聚醚胺T-403。本專利技術(shù)對二元胺和三元胺搭配使用時的混合比例無特殊限制，根據(jù)實際生產(chǎn)情況的需要進行混合即可。進一步的，步驟b)中所述磺酸鹽類化合物優(yōu)選為間苯二甲酸-5-磺酸鈉。進一步的，所述催化劑為4-二甲氨基吡啶或二環(huán)己基碳二亞胺。進一步的，所述催化劑的添加量為所述磺酸鹽類化合物總質(zhì)量的0.3％～0.7％。進一步的，步驟c)中所述丙烯酸類化合物優(yōu)選為丙烯酸、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸縮水甘油酯，更優(yōu)選為甲基丙烯酸或甲基丙烯酸縮水甘油酯。進一步的，所述阻聚劑為對羥基苯甲醚、對苯二酚或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，優(yōu)選為對羥基苯甲醚(MEHQ)。更進一步的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種水性聚氨酯，具有如式Ⅰ所示的結(jié)構(gòu)：

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水性聚氨酯，具有如式Ⅰ所示的結(jié)構(gòu)：其中，R1選自-H、-OH、-OCH3、苯基、C1～12烷基或C1～12烯基；R2選自-CHNR5R6、中的一種或兩種；R3選自R4選自R5和R6各自獨立的選自-H或C1～12烷基；n＝1～20。2.一種權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯的制備方法，包括：a)在氮氣或惰性氣體下，將環(huán)碳酸酯類化合物和胺類化合物進行反應(yīng)，得到第一反應(yīng)中間體；b)步驟a)得到的第一反應(yīng)中間體和磺酸鹽類化合物在催化劑存在的條件下進行反應(yīng)，得到第二反應(yīng)中間體；c)步驟b)得到的第二反應(yīng)中間體和丙烯酸類化合物在阻聚劑存在的條件下進行反應(yīng)，得到具有式Ⅰ所示結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述惰性氣體包括氦氣和氬氣；所述環(huán)碳酸酯類化合物為碳酸乙烯酯、1-甲氧基-碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述胺類化合物為二元胺和/或三元胺；所述二元胺為聚醚胺D-400、聚醚胺D-2000或異佛爾酮二胺；所述三元胺為聚醚胺T-403。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中所述磺酸鹽類化合物為間苯二甲酸-5-磺酸鈉；所述催化劑為4-二甲...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：易國斌，宋旭亮，俎喜紅，安召，劉瀟杰，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44