CN111393595A - 一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂及其制备方法 - Google Patents
一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺及其制备方法，首先，脂肪族二异氰酸酯和有机磷催化剂反应得到聚碳化二亚胺预聚体；然后，加入亲水封端剂和生物基高级脂肪醇得到生物基聚碳化二亚胺；最后，将生物基聚碳化二亚胺分散于去离子水中，得到生物基聚碳化二亚胺交联剂。本发明制备的生物基聚碳化二亚胺交联剂是一种具有温敏特性的智能材料，利用特点温度作为开关，进而控制碳化二亚胺官能团的反应活性。该交联剂与含羧基水性树脂并存后，具有长达一年以上的适用期，可用于制备单组份水性涂料。
Description
技术领域
本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺及其制备方法。
背景技术
具有温敏特性的聚合物材料是一类新型的温度敏感智能材料，近年来，该类型材料引起广泛的研究。利用特定温度作为“开关”，聚合物的特定性能（如机械性能、粘结性能、表面能以及化学反应活性等）会发生可逆的突变。因此，该类型聚合物在农业、包装、医药、化工等领域具有广阔的应用前景。
近年来，随着国家大力大幅削减传统的溶剂型涂料，水性涂料因其环保无毒获得了广泛的应用。然而，由于水分散高分子具有亲水性、低分子量等特点，为获得优异的耐溶剂、耐热、耐水解等性能，通常采用外加交联剂的办法。
目前，广泛使用的交联剂主要有三聚氰胺交联剂、氮丙啶交联剂、聚异氰酸酯交联剂、聚碳化二亚胺交联剂等，但是这些交联剂加入乳液后，适用期仅有4~8小时，给生产和储存带来极大的不便利。因此，亟待开发一种用于单组份体系的具有超长适用期的交联剂体系。
发明内容
本发明的目的是要提供一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂及其制备方法，是利用温度影响生物基烷基长链的结晶性，进而有效延长碳化二亚胺官能团的反应活性。
为了达到上述目的，本发明提供的一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂及其制备方法，依次包括以下步骤，以下份数均为质量份：
步骤一：加入30~50份脂肪族二异氰酸酯和0.1~0.3份有机磷催化剂，氮气氛围保护下，180~250℃反应2~10小时，得到聚合度为2~10的聚碳化二亚胺预聚体；
步骤二：在步骤一中制得的聚碳化二亚胺预聚体中加入3~5份亲水封端剂和2~4份生物基高级脂肪醇，100~120℃下反应1~2小时得到生物基聚碳化二亚胺；
步骤三：加入50~70份pH为9~13的去离子水，用三乙胺调节pH至碱性，在30~60℃下将步骤二制备的生物基聚碳化二亚胺分散于去离子水中，搅拌0.5~1小时后得到透明分散液，即生物基聚碳化二亚胺交联剂。
上述步骤一中，所述脂肪族二异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、2-甲基戊烷二异氰酸酯或2,4-二甲基辛烷-1,8-二异氰酸酯。
上述步骤一中，所述有机磷催化剂为1-乙基-3-甲基-3-磷杂环戊烯-1-氧化物、3-甲基-1-苯基-2-环丁磷烯-1-氧化物、1-苯基-3-甲基膦杂环戊烯、1-甲基-1-氧-2-膦杂环戊烯、磷酸三乙酯。
上述步骤二中，所述亲水封端剂为聚乙二醇单甲醚、聚丙二醇单甲醚、羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠盐的一种。
上述步骤二中，所述生物基高级脂肪醇为油醇、月桂醇、肉豆蔻醇、鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、山嵛醇、异硬脂醇、椰油醇、木焦醇、二十六烷醇、普利醇、三十烷醇的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明制备的生物基聚碳化二亚胺交联剂是一种具有温敏特性的智能材料，利用特点温度作为开关，进而控制碳化二亚胺官能团的反应活性。该交联剂与含羧基水性树脂并存后，具有长达一年以上的适用期，可用于制备单组份水性涂料。
2、本发明交联剂部分原料采用生物基高级脂肪醇，减少了对传统石油资源的依赖，符合当下环保的发展趋势。
3、本发明的制备方法简单，安全，易于工业化大规模应用。
附图说明
图1为本发明实施例1提供一种生物基聚碳化二亚胺交联剂的红外光谱图。
图2为本发明实施例1提供一种生物基聚碳化二亚胺交联剂的DSC曲线图片。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。
实施例1
在三口烧瓶中加入30份二环己基甲烷二异氰酸酯和0.1份1-乙基-3-甲基-3-磷杂环戊烯-1-氧化物催化剂，氮气氛围保护下，180℃反应3小时，得到聚合度为3的脂肪族聚碳化二亚胺预聚体；在制得的聚碳化二亚胺预聚体中加入3份聚乙二醇单甲醚亲水封端剂和2份油醇，100℃下反应1小时得到生物基聚碳化二亚胺；在三口烧瓶中加入50~70份PH为9~13的去离子水，用三乙胺调节PH至碱性，在30℃下将制备的生物基聚碳化二亚胺分散于去离子水中，搅拌0.5小时后得到透明分散液，即生物基聚碳化二亚胺交联剂。
图1中在2150cm-1处的强吸收单峰，是含有碳化二亚胺官能团结构的特性表现。
图2显示了该实施例中烷基长链的结晶温度为60℃，即当体系温度高于60℃进行交联反应。
实施例2
在三口烧瓶中加入40份降冰片烷二异氰酸酯和0.2份1-乙基-3-甲基-3-磷杂环戊烯-1-氧化物催化剂，氮气氛围保护下，200℃反应5小时，得到聚合度为6的脂肪族聚碳化二亚胺预聚体；在制得的聚碳化二亚胺预聚体中加入3份聚丙二醇单甲醚和2份月桂醇，110℃下反应1小时得到生物基聚碳化二亚胺；在三口烧瓶中加入60份PH为11的去离子水，用三乙胺调节PH至碱性，在40℃下将制备的生物基聚碳化二亚胺分散于去离子水中，搅拌1小时后得到透明分散液，即生物基聚碳化二亚胺交联剂。
实施例3
在三口烧瓶中加入50份2-甲基戊烷二异氰酸酯和0.3份1-苯基-3-甲基膦杂环戊烯催化剂，氮气氛围保护下，230℃反应8小时，得到聚合度为7的脂肪族聚碳化二亚胺预聚体；在制得的聚碳化二亚胺预聚体中加入5份聚乙二醇单甲醚亲水封端剂和4份普利醇，120℃下反应2小时得到生物基聚碳化二亚胺；在三口烧瓶中加入70份PH为13的去离子水，用三乙胺调节PH至碱性，在60℃下将制备的生物基聚碳化二亚胺分散于去离子水中，搅拌1小时后得到透明分散液，即生物基聚碳化二亚胺交联剂。
上诉实施例中，实施例1为最佳实施例。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂的制备方法，其特征在于：
依次包括以下步骤，以下份数均为质量份：
步骤一：加入30~50份脂肪族二异氰酸酯和0.1~0.3份有机磷催化剂，氮气氛围保护下，180~250℃反应2~10小时，得到聚合度为2~10的聚碳化二亚胺预聚体；
步骤二：在步骤一中制得的聚碳化二亚胺预聚体中加入3~5份亲水封端剂和2~4份生物基高级脂肪醇，100~120℃下反应1~2小时得到生物基聚碳化二亚胺；
步骤三：加入50~70份pH为9~13的去离子水，用三乙胺调节pH至碱性，在30~60℃下将步骤二制备的生物基聚碳化二亚胺分散于去离子水中，搅拌0.5~1小时后得到透明分散液，即生物基聚碳化二亚胺交联剂。
2.根据权利要求1所述的一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂的制备方法，其特征在于：
上述步骤一中，所述脂肪族二异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、2-甲基戊烷二异氰酸酯或2,4-二甲基辛烷-1,8-二异氰酸酯。
3.根据权利要求2所述的一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂的制备方法，其特征在于：
上述步骤一中，所述有机磷催化剂为1-乙基-3-甲基-3-磷杂环戊烯-1-氧化物、3-甲基-1-苯基-2-环丁磷烯-1-氧化物、1-苯基-3-甲基膦杂环戊烯、1-甲基-1-氧-2-膦杂环戊烯、磷酸三乙酯。
4.根据权利要求3所述的一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂的制备方法，其特征在于：
上述步骤二中，所述亲水封端剂为聚乙二醇单甲醚、聚丙二醇单甲醚、羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠盐的一种。
5.根据权利要求4所述的一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂的制备方法，其特征在于：
上述步骤二中，所述生物基高级脂肪醇为油醇、月桂醇、肉豆蔻醇、鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、山嵛醇、异硬脂醇、椰油醇、木焦醇、二十六烷醇、普利醇、三十烷醇的一种。
6.如权利要求1所述的制备方法制得的一种具有温敏特性的生物基聚碳化二亚胺交联剂。
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