CN107778451B - 一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,采用三官能度或二官能度的硼酸衍生物改性,合成含有硼氧键的聚氨酯固化剂;本发明所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂游离异氰酸酯单体含量<0.4%;本发明提供一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂的制备方法。本发明制得的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂用于配制成双组分的聚氨酯涂料,交联密度高,附着力强,涂膜具有优异的柔韧性、耐磨性、耐水性、耐热性、耐化品性和自阻燃性。
Description
技术领域
本发明涉及一种固化剂,尤其涉及到一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,属于固化剂合成技术领域。
技术背景
聚氨酯固化剂多以双组份的形式与其他树脂搭配使用,通常聚氨酯以固化剂预聚体的形式存在;使用时,将固化剂与羟基树脂两组分混,在常温或高温交联固化成膜。游离异氰酸酯单体对人体的危害主要是致敏和刺激作用,对眼有刺激性,呼吸道吸入后有咳嗽、哮喘症状等。游离异氰酸酯单体是聚氨酯涂料的一项重要的环境指标,随着社会环保意识的不断增强,游离异氰酸酯单体含量被要求的越来越严格;目前去游离单体方法大体分为三种,分子蒸馏法、溶剂萃取法以及化学催化法,其中前两种为物理方法,其优点是处理后的固化剂粘度低便于施工、存储期相对较长以及游离单体去除彻底,但缺点是设备费用昂贵、操作复杂、生产周期长且溶剂消耗量大,国内工业鲜有应用。
中国专利CN107118328A公开了一种低游离单体含量的TDI三聚体亮光固化剂,其由以下重量份的原料制备而成:甲苯二异氰酸酯45-55份、乙酸乙酯10-30份、乙酸丁酯10-20份、复合醇5-15份、促进剂0.8-2份、催化剂0.2-0.8份、叔丁胺0.2-0.5份、终止剂1-2份;该发明工艺操作简单,无需大型设备投资、生产成本低、产品性能完全满足涂料领域的应用,利于健康环保;该发明的制备方法通过独特的工艺路线、工艺参数、具体用料等的协同组合与选择,使得制得的固化剂的固含量为75±2%,NCO值为11.0±0.3,游离TDI百分含量不大于0.5%,而且固化剂相容性好,可以和丙烯酸树脂相容,用于亮光面漆;用于涂料时,漆膜干燥速度快、漆膜硬度高、抗刮伤、柔韧性好。
但是现存固化剂配制的聚氨酯涂料完全固化后,存在硬度与成膜性能不同同时兼顾,阻燃性能差、耐磨性差的缺点。
发明内容
本发明旨在提供一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂。
本发明所述的的一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,采用三官能度或二官能度的硼酸衍生物改性,通过硼氧键将不同的异氰酸酯三聚体连接起来;所述固化剂涂膜具有韧性好、丰满度高、硬度高、自阻燃性能、耐热性优的优点;所述的的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,以三官能度硼酸衍生物和TDI为例,其分子结构式如下所示:
为克服现有技术的缺点和不足,本发明采取以下技术方案,所述的一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,其制备步骤如下:
先用N2置换反应釜中的空气,在N2保护下,加入80.0份异氰酸酯单体、0.05~0.1份催化剂、20.0~50.0份有机溶剂,充分搅拌溶解均匀,加热至50~80℃反应1~2h后,加入0.05~0.20份催化剂、0.05~0.20份促进剂,在50~80℃继续反应1~4h,最后加入5.0~10.0份三官能度或二官能度的硼酸衍生物反应0.5~1h后,开始检测NCO值,之后每隔0.5h检测一次NCO值;当检测的NCO值在12%~6%后立即加入0.05~0.2份阻聚剂并降温至20℃,得所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂。
所述的异氰酸酯单体为TDI、MDI、NDI、TODI、HDI、TMDI、XDI、IPDI、HMDI、HTDI中的至少一种。
所述的催化剂为碱性金属羧酸盐、有机金属化合物、含磷化合物、胺类;进一步的,优选为二月桂酸二丁基锡、醋酸锂、三正丁基磷、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、三乙胺、K-1000、苯甲基缩水甘油醚中的至少一种。
所述的有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。
所述的促进剂为N,N-二甲基对甲苯胺、N-甲基吡咯、三乙醇胺、N,N二甲基对甲苯磺酰氯中的至少一种。
所述的三官能度或二官能度的硼酸衍生物为硼酸三乙酯、硼酸三甲酯、硼酸三异丙酯、苯基硼酸、3-氟苯基硼酸、仲丁基硼酸、4-氟苯基硼酸、3-甲氧基苯基硼酸、正丁基硼酸、2-甲氧基苯基硼酸、苯乙基硼酸、对乙基苯硼酸、2-氟吡啶-3-硼酸、4-溴苯硼酸、4-氯苯硼酸、正丙基硼酸、4-正丙基苯硼酸、对羧基苯基硼酸中的至少一种。
相对于现有技术,本发明所述的的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,具有以下优点:(1)所述固化剂合成采用两部催化法,且最后添加与游离异氰酸酯单体具有较高反应活性的三官能度或二官能度的硼酸衍生物,使本发明的固化剂游离异氰酸酯单体含量<0.4%;(2)所述固化剂中为多个异氰酸酯单体聚合而成,可与醇酸树脂、聚酯树脂、不饱和聚酯树脂含有的氨基、羟基反应,发生高密度的交联固化反应,因此所述的固化剂配置的涂料完全固化后涂膜韧性好、丰满度高;(3)固化剂中含有高硬度且耐高温的硼氧骨架键,使得所述的固化剂配置的涂料完全固化后,涂膜具有高硬度、柔韧性、自阻燃性能和高耐热性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂做进一步的描述。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。
实施例1
一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,其制备步骤如下:
先用N2置换反应釜中的空气,在N2保护下,加入80.0份MDI、0.1份二月桂酸二丁基锡,35.0份乙酸乙酯,充分搅拌溶解均匀,加热至70℃反应2h后,加入0.05份二月桂酸二丁基锡、0.05份三乙醇胺,在70℃继续反应3h,最后加入10.0份硼酸三乙酯反应1h后,开始检测NCO值,之后每隔0.5h检测一次NCO值;当检测的NCO值为9%~8%后立即加入0.1份阻聚剂并降温至20℃,得所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂。
实施例2
一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,其制备步骤如下:
先用N2置换反应釜中的空气,在N2保护下,加入80.0份TDI、0.08份三正丁基磷,40.0份乙酸异丙酯,充分搅拌溶解均匀,加热至60℃反应1.2h后,加入0.09份三正丁基磷、0.1份N-甲基吡咯,在60℃继续反应4h,最后加入7.0份3-甲氧基苯基硼酸反应1h后,开始检测NCO值,之后每隔0.5h检测一次NCO值;当检测的NCO值为6%~8%后立即加入0.2份阻聚剂并降温至20℃,得所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂。
实施例3
一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂的,其制备步骤如下:
先用N2置换反应釜中的空气,在N2保护下,加入80.0份TDI、0.05份二乙酸二丁基锡,45.0份乙酸丁酯,充分搅拌溶解均匀,加热至500℃反应1h后;然后加入0.2份二乙酸二丁基锡、0.08份N,N-二甲基对甲苯胺,在50℃继续反应2.5h,最后加入5.0份4-溴苯硼酸反应1h后,开始检测NCO值,之后每隔0.5h检测一次NCO值;当检测的NCO值为6%~8%后立即加入0.05份阻聚剂并降温至20℃,得所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂。
实施例4
一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,其制备步骤如下:
先用N2置换反应釜中的空气,在N2保护下,加入80.0份HDI、0.05份醋酸锂,50.0份乙酸丁酯,充分搅拌溶解均匀,加热至80℃反应1h后;然后加入0.2份醋酸锂、0.05份N,N-二甲基对甲苯胺,在80℃继续反应2h,最后加入5.0份硼酸三甲酯反应0.5h后,开始检测NCO值,之后每隔0.5h检测一次NCO值;当检测的NCO值为12%~9%后立即加入0.05份阻聚剂并降温至20℃,得所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂。
按照国家相关标准,对本发明实例制得的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂的技术指标进行检测,测试结果如表1所示。
表1低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂技术指标
将实施例1、2、3、4中的聚氨酯固化剂和市售HDI聚氨酯固化剂与脂肪酸树脂按照NCO:OH之比为1:1配制成双组分聚氨酯木器涂料,喷涂于木器表面,干燥24h后按照相关标准进行检测,其测试数据如表2所示:
表2聚氨酯木器涂料性能技术指标
尽管本发明已作了详细说明并引用了实施例,但对于本领域的普通技术人员,显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动,都应该包括在权利要求的范围之内。
Claims (3)
1.一种低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂的制备方法,其特征在于:所述的制备方法,其步骤如下:先用N2置换反应釜中的空气,在N2保护下,加入80.0份异氰酸酯单体、0.05~0.1份催化剂、20.0~50.0份有机溶剂,充分搅拌溶解均匀,加热至50~80℃反应1~2h后,加入0.05~0.20份催化剂、0.05~0.20份促进剂,在50~80℃继续反应1~4h,最后加入5.0~10.0份三官能度或二官能度的硼酸衍生物反应0.5~1h后,开始检测NCO值,之后每隔0.5h检测一次NCO值;当检测的NCO值在12%~6%后立即加入0.05~0.2份阻聚剂并降温至20℃,得所述的低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂;
其中,所述三官能度或二官能度的硼酸衍生物为硼酸三乙酯、硼酸三甲酯、硼酸三异丙酯、3-氟苯基硼酸、仲丁基硼酸、4-氟苯基硼酸、3-甲氧基苯基硼酸、正丁基硼酸、2-甲氧基苯基硼酸、苯乙基硼酸、对乙基苯硼酸、2-氟吡啶-3-硼酸、4-溴苯硼酸、4-氯苯硼酸、正丙基硼酸、4-正丙基苯硼酸、对羧基苯基硼酸中的至少一种;
所述催化剂为醋酸锂、三正丁基磷、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、三乙胺、K-1000、苯甲基缩水甘油醚中的至少一种;
所述促进剂为N,N-二甲基对甲苯胺、N-甲基吡咯、三乙醇胺中的至少一种;
所述低游离高硬度硼改性聚氨酯固化剂,其游离异氰酸酯单体含量<0.4%。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯、甲基环已基二异氰酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。
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