一种蓖麻油酸基UV固化水性树脂的制备方法

摘要

本发明涉及一种蓖麻油酸基UV固化水性树脂的制备方法；本发明利用蓖麻油酸本身结构优势取代了传统亲水扩链剂，既环保，性能又好；提供了一种植物油酸可UV固化水性树脂的制备方法。本发明的水性聚氨酯树脂利用蓖麻油酸自身的羟基与异氰酸酯反应得到聚氨酯结构，且另一端游离的羧基正好可以用来中和乳化成水性、以六亚甲基二异氰酸酯三聚体为核再接上季戊四醇三丙烯酸酯引入双键，聚乙二醇为软段，最终合成哑铃结构树脂，且该树脂体系还同时具有水性、光固化、生物基多种优良特性。

说明书

技术领域

本发明属于生物基可再生资源材料与紫外光固化性聚氨酯材料的制备领域，具体涉及一种植物油酸可UV固化水性树脂的制备方法。

背景介绍

随着人们对材料安全和环境保护的日益重视，以水为分散介质并采用紫外光固化技术相结合的水性UV固化聚氨酯涂料应运而生。而水性聚氨酯乳液所使用的亲水扩链剂对乳液粒径及其稳定性有密切关系，当前亲水扩链剂的研究主要是羧酸型，磺酸型，非离子型和两性亲水亲水扩链剂。这些亲水扩链剂都有自己的优缺点，就常用的羧酸型亲水扩链剂2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)，为白色粉状，难溶解，需大量丙酮或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)事先对其溶解后方能加到体系中，即使采用价格昂贵的2,2-二羟甲基丁酸(DMBA)都需要一定量的溶剂溶解。20℃时DMBA，DMPA在丙酮中的溶解度仅为为15％和1％。而蓖麻油酸(Ricinoleicacid)可由蓖麻油通过常温水解发、加压水解发、皂化酸化发制备，近年来于丽娜等人已成功采用酶法制得高纯度蓖麻油酸。蓖麻油酸是天然生物原料的加工产物，环保健康，常温下为液态，链中的羟基在双键的电子效应下易与六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体上的NCO反应，而端羧基与三乙胺中和后，能形成稳定的乳液粒子。

发明内容

本发明的目的在于利用植物油酸取代传统亲水扩链剂，合成一种健康环保的水性光固化树脂；提供一种生物基可UV固化水性树脂的制备方法。发明中利用蓖麻油酸本身结构优势成功取代了传统亲水扩链剂，既环保，性能又好。蓖麻油酸自身的羟基与异氰酸根反应得到聚氨酯结构，且另一端游离的羧基正好可以用来乳化成水性、以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体为核，接上季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)引入双键，以聚乙二醇为软段，最终合成哑铃结构树脂，该树脂体系还同时具有水性、光固化、生物基多种优良特性。

本发明的技术方案是：

一种蓖麻油酸油基可UV固化水性有机硅聚氨酯树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将蓖麻油酸聚酯二元醇升温至80-100℃，真空脱水处理30min，得到脱水后的聚酯二元醇和蓖麻油酸

(2)NCO半封端聚酯型预聚物的合成：将一定量的催化剂、活性封端剂、阻聚剂和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体加入250ml四口烧瓶中将温度升至47-50℃，反应2-3小时当NCO达到理论值时，得到初聚体。再将初聚体温度控制在75℃，加入蓖麻油酸，整个过程用丙酮控制体系粘度并通氮气保护，反应3小时当NCO达到理论值后，停止反应，用冰水浴急速冷却体系，并用干净滴液漏斗封存待用。

(3)哑铃结构预聚物的合成：另取取250ml干净四口瓶，加入计量聚醚二元醇和催化剂，将第二步产物缓慢滴加到四口瓶中，至NCO全部反应结束。

(4)乳液的形成：继续往体系中加入计量水和中和剂，搅拌至结束。

步骤(2)和(3)中所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的至少一种；

步骤(2)中所述活性封端剂为丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)中的至少一种；

步骤(2)中所述阻聚剂为对苯二酚、对甲氧基苯酚中的至少一种；

步骤(4)中所述中和剂为三乙胺；

步骤(4)中所述聚醚二元醇分子量可以为400g/mol、600g/mol、1000g/mol和2000g/mol；

本发明的有益效果是：通过以上反应，合成得到健康环保UV固化植物油酸基水性聚氨酯涂料。该树脂可用于指甲油、木器和首饰等有较高健康要求的环境。

具体实施方式

实施例1

(1)将11.61g六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体、0.1g二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、0.05g4-甲氧基苯酚(MEHQ)及5ml丙酮加入装有搅拌器、冷凝管、恒压滴液漏斗和氮气导管的干燥四口烧瓶中，室温搅拌均匀，通氮气保护，逐步升温至50℃，用恒压滴液漏斗控制滴速为1秒/滴，逐滴滴加5.96gPETA，反应3h，当体系中NCO含量达到理论值第一步反应结束。

(2)第一步结束后，升高体系温度到65℃继续以2-3秒/滴的速率逐滴滴加5.97g蓖麻油酸，反应2.5h，同时滴定体系中游离的-NCO含量，达到理论值后，让体系冰浴速冷至室温。

(3)将体系转移到另一个恒压滴液漏斗，另取一个带有搅拌器，冷凝管的四口瓶加入4g分子量为400g/mol聚乙二醇和0.1g二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，并在氮气的保护下加入之前冷却好的产物，反应3-4h，至NCO反应完毕。

(4)将第三部产物冷却至室温，调整转速为1000rpm，高速搅拌下加入计量2.02g三乙胺(TEA)中和反应1h，然后以2-3秒/滴的速率滴加41.3g去离子水乳化45min，静置消泡，即得哑铃状水性聚氨酯乳液。