一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯uv樹(shù)脂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種合成樹(shù)脂及其制備方法的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂及其制備方法，該發(fā)明通過(guò)使用環(huán)碳酸酯代替異氰酸酯的替代方法，不用有毒的異氰酸酯為原料，提高了傳統(tǒng)的聚氨酯UV樹(shù)脂的水解穩(wěn)定性、耐化學(xué)穩(wěn)定性、抗?jié)B透性等，適用于抗裂材料、耐化學(xué)涂料、密封膠、油漆等領(lǐng)域，該發(fā)明具備安全、無(wú)毒、無(wú)溶劑等優(yōu)點(diǎn)，附著力和耐磨性均有顯著提高，可用于濕基材以及低溫固化，節(jié)約能源的同時(shí)，降低了對(duì)人體和環(huán)境的傷害。
【背景技術(shù)】
[0002]異氰酸酯是異氰酸的各種酯的總稱(chēng)，若以一 NC0基團(tuán)的數(shù)量分類(lèi)，包括單異氰酸酯R — N = C = 0和二異氰酸酯0 = C = N — R — N = C = 0及多異氰酸酯等；單異氰酸酯是有機(jī)合成的重要中間體，可制成一系列氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑，也用于改進(jìn)塑料、織物、皮革等的防水性；二官能團(tuán)及以上的異氰酸酯可用于合成一系列性能優(yōu)良的聚氨酯泡沫塑料、橡膠、彈力纖維、涂料、膠粘劑、合成革、人造木材等；
[0003]目前應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的異氰酸酯是:甲苯二異氰酸酯(簡(jiǎn)稱(chēng)TDI)和二苯基甲烷二異氰酸酯(簡(jiǎn)稱(chēng)MDI);甲苯二異氰酸酯(TDI)為無(wú)色有強(qiáng)烈刺鼻味的液體，沸點(diǎn)251°C，比重1.22，遇光變黑，對(duì)皮膚、眼睛有強(qiáng)烈刺激作用，并可引起濕疹與支氣管哮喘，主要用于聚氨酯泡沫塑料、涂料、合成橡膠、絕緣漆、粘合劑等，根據(jù)其成分，甲苯二異氰酸酯屬含氮基的有機(jī)化合物；
[0004]二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)分為純MDI和粗MDI，純MDI常溫下為白色固體，加熱時(shí)有刺激臭味，沸點(diǎn)196°C，主要用于聚氨酯硬泡沫塑料、合成纖維、合成橡膠、合成革、粘合劑等，根據(jù)其成分，純二苯基甲烷二異氰酸酯也屬含氮基的有機(jī)化合物；
[0005]由于傳統(tǒng)的聚氨酯采用以上兩種異氰酸酯為主要原料生產(chǎn)制造，其生產(chǎn)工藝中，更是以劇毒的光氣為輔助手段，生產(chǎn)條件及其苛刻、成本很高，且傳統(tǒng)技術(shù)中采用的異氰酸酯遇到水分子時(shí)，很易分釋放出C02，這種缺陷如果用在涂料、粘合劑或彈性體中，就可能因二氧化碳的釋放而使得產(chǎn)品定型時(shí)產(chǎn)生氣泡及砂眼，嚴(yán)重影響成品的質(zhì)量控制，而且其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)及使用環(huán)節(jié)上，均會(huì)造成對(duì)人體及環(huán)境的較大傷害；
[0006]由于國(guó)家越來(lái)越重視環(huán)保工作，今年的十八屆五中全會(huì)將環(huán)境治理達(dá)標(biāo)提高到了一個(gè)新的直管高度，政策制定了許多新的環(huán)保措施，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)就顯得更加突出，不但是對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)，更能很好的保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康，而且也順應(yīng)國(guó)家政策的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是，提供一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂及其制備方法，解決了傳統(tǒng)制備工藝所制造出的聚氨酯UV樹(shù)脂的有毒、有害物質(zhì)多的不足，而且提高了聚氨酯UV樹(shù)脂的水解穩(wěn)定性、耐化學(xué)穩(wěn)定性以及抗?jié)B透性等特性，保護(hù)了環(huán)境的同時(shí)，最大程度的降低了聚氨酯對(duì)人體健康的損害。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂及其制備方法，其中:
[0009]—種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂，采用環(huán)碳酸酯、與胺類(lèi)齊聚物反應(yīng)制備而成；
[0010]作為一種舉例說(shuō)明，所述環(huán)碳酸酯為由較少重復(fù)單元的環(huán)碳酸酯聚合物所組成；
[0011]所述較少的重復(fù)單元經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可比含有較多重復(fù)單元的結(jié)構(gòu)帶來(lái)更佳的反應(yīng)效果；
[0012]作為一種舉例說(shuō)明，所述環(huán)碳酸酯聚合物為二氧化碳和環(huán)氧化合物偶聯(lián)反應(yīng)后的反應(yīng)物；
[0013]環(huán)境問(wèn)題中的溫室氣體效應(yīng)越來(lái)越成為各個(gè)國(guó)家，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)，作為發(fā)展中國(guó)家的我國(guó)，每年因?yàn)槎趸嫉某颗欧乓恢北辉S多西方國(guó)家所詬病，而且降低二氧化碳的排放(或者提高其回收)還可以獲得發(fā)達(dá)國(guó)家的資金補(bǔ)助，作為主要溫室氣體的C02的排放量正以每年4 %的速率遞增，這給人類(lèi)的生產(chǎn)、生活以及生態(tài)環(huán)境造成了日益嚴(yán)重的影響；
[0014]然而，C02是地球上儲(chǔ)量最豐富、最廉價(jià)的C元素資源，在“原子經(jīng)濟(jì)”、“納米科技”、“循環(huán)利用”和“綠色化學(xué)”的潮流下，如何在相對(duì)簡(jiǎn)易且低成本的條件下實(shí)現(xiàn)C02的化學(xué)固定成為國(guó)際上競(jìng)相研發(fā)的熱點(diǎn)課題之一，利用C02與環(huán)氧化物偶聯(lián)反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯將是C02資源化的重要方式之一，環(huán)狀碳酸酯是重要的工業(yè)原料，可用作膠粘劑、密封劑、化學(xué)涂料、電池電解液、極性溶劑和化工中間體等；
[0015]國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)此偶聯(lián)反應(yīng)所需的催化劑做了大量研究，現(xiàn)有技術(shù)多采用的催化劑主要包括四級(jí)銨鹽、金屬配合物和離子液體等物質(zhì)，該類(lèi)別的催化劑雖然能起到一定的偶聯(lián)反應(yīng)催化作用，但是其在使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境和人體的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，例如四級(jí)銨鹽的強(qiáng)烈毒性，使得制造工人經(jīng)常發(fā)生中毒事件，而且使用現(xiàn)有技術(shù)的催化劑并不能使得偶聯(lián)反應(yīng)達(dá)到良好的預(yù)期效果，且該催化劑組分成本極高，不適合未來(lái)的大規(guī)模推廣應(yīng)用；
[0016]本發(fā)明經(jīng)過(guò)我單位多次實(shí)驗(yàn)操作、及科學(xué)數(shù)據(jù)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)，發(fā)明了一種新型偶聯(lián)反應(yīng)催化劑，該催化劑可以很好的催化二氧化碳與環(huán)氧化合物的偶聯(lián)反應(yīng)，而且無(wú)毒、低造價(jià)，特別適合大面積推廣使用，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保思路，本發(fā)明之一種新型偶聯(lián)反應(yīng)催化劑，包括:聚氯乙烯、金屬銀氧化物和有機(jī)金屬化合物；
[0017]作為一種舉例說(shuō)明，所述環(huán)氧化合物為環(huán)氧樹(shù)脂；
[0018]作為一種舉例說(shuō)明，所述胺類(lèi)齊聚物為脂肪族或脂環(huán)伯胺中的一種或者組合；
[0019]作為一種舉例說(shuō)明，所述脂環(huán)伯胺包括異佛爾酮二胺(IPDA)、二環(huán)己基二氨基甲烷、脂環(huán)胺系列固化劑或氨基聚醚中的一種；
[0020]為了更好的闡述本發(fā)明聚氨酯之反應(yīng)原理，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹該發(fā)明之一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂及其制備方法，所述一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂中的反應(yīng)原理如下:
[0021]原理1、所述二氧化碳與環(huán)氧化合物在本發(fā)明之一種新型偶聯(lián)反應(yīng)催化劑的催化助推下，發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，生成環(huán)碳酸酯聚合物；
[0022]原理2、采用環(huán)碳酸酯聚合物中較少的重復(fù)單元組成環(huán)碳酸酯；
[0023]原理3、所述環(huán)碳酸酯中的羰基被所述脂環(huán)伯胺進(jìn)行親核攻擊，形成一種四面體結(jié)構(gòu)的中間體；
[0024]原理4、所述脂環(huán)伯胺的另一分子攻擊所述四面體結(jié)構(gòu)的中間體，使其脫除一個(gè)H+后，自此，其不穩(wěn)定的碳氧鍵被轟斷；因?yàn)镹原子上電子云密度高，新生成的醇離子快速向其轉(zhuǎn)移從而形成最終產(chǎn)物；由于環(huán)碳酸酯結(jié)構(gòu)中C上電子有2種轉(zhuǎn)移的可能，因此C一0鍵有2種斷裂方式，故而其最終偶合物就會(huì)形成同分異構(gòu)體；
[0025]原理5、反應(yīng)全部結(jié)束后，最終生成本發(fā)明之一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂；
[0026]—種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂的制備方法，包括如下步驟:
[0027]步驟一、將環(huán)氧樹(shù)脂放入真空的反應(yīng)容器中，在所述環(huán)氧樹(shù)脂的上部和四周，均勻的撒上一種新型偶聯(lián)反應(yīng)催化劑，而后不斷加入二氧化碳；
[0028]作為一種舉例說(shuō)明，所述加入的二氧化碳為氣態(tài)形式；
[0029]作為一種舉例說(shuō)明，所述一種新型偶聯(lián)反應(yīng)催化劑，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括:35%的聚氯乙烯、40%的金屬銀氧化物和25%的有機(jī)金屬化合物；
[0030]步驟二:當(dāng)二氧化碳的吹入到1.5個(gè)大氣壓力值時(shí)，設(shè)置所述反應(yīng)容器內(nèi)的溫度為100°C (經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此證大氣壓力值和溫度最有利于反應(yīng)的快速與充分進(jìn)行)，使得C02和環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)得到高轉(zhuǎn)化率的環(huán)碳酸酯；
[0031]步驟三:在已按步驟二完成的所述反應(yīng)容器中添加胺類(lèi)齊聚物，使其與環(huán)碳酸酯充分發(fā)生反應(yīng)，最終反應(yīng)完畢后，即制得本發(fā)明之一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂；
[0032]作為一種舉例說(shuō)明，所述步驟三中的反應(yīng)參數(shù)為常溫、常壓；
[0033]—種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂的制備設(shè)備，包括一個(gè)真空的反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器連接有進(jìn)氣管，所述反應(yīng)容器上方設(shè)置有可打開(kāi)的密封蓋子；
[0034]作為一種舉例說(shuō)明，所述反應(yīng)容器上安裝有氣壓讀數(shù)表；
[0035]作為一種舉例說(shuō)明，所述反應(yīng)容器內(nèi)部安裝有加熱棒；
[0036]作為一種舉例說(shuō)明，所述反應(yīng)容器內(nèi)部安裝有溫度傳感器；
[0037]作為一種舉例說(shuō)明，所述反應(yīng)容器上安裝有壓力控制閥；
[0038]本發(fā)明的有益效果:
[0039]1、解決了傳統(tǒng)制備工藝所制造出的聚氨酯UV樹(shù)脂的劇毒性、有害物質(zhì)多的不足，而且提高了聚氨酯UV樹(shù)脂的水解穩(wěn)定性、耐化學(xué)穩(wěn)定性以及抗?jié)B透性等特性，保護(hù)了環(huán)境的同時(shí)，最大程度的降低了聚氨酯對(duì)人體健康的損害；
[0040]2、該發(fā)明通過(guò)使用環(huán)碳酸酯代替異氰酸酯的替代方法，不用有毒的異氰酸酯為原料，具備安全、無(wú)毒、無(wú)溶劑等優(yōu)點(diǎn)，附著力和耐磨性均有顯著提高，可用于濕基材以及低溫固化；
[0041]3、該發(fā)明通過(guò)特殊的催化劑實(shí)驗(yàn)研發(fā)，不僅降低了制造成本，還降低了大氣中的二氧化碳的濃度，一舉兩得。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]—種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂及其制備方法，其中:
[0044]一種無(wú)異氰酸酯聚氨酯UV樹(shù)脂，采用環(huán)碳酸酯、與胺類(lèi)齊聚物反應(yīng)制備而成；
[0045]作為