[0036] 本发明制备方法中,步骤(1)和步骤(2)的各组分摩尔份数为:二异氰酸酯1份;植物油基多元醇1~1.2份;(甲基)丙烯酸羟烷酯1~1.2份;
[0037] 优选地,(甲基)丙烯酸羟烷酯用量过量,可保证异氰酸酯完全反应,不残留,且过量的(甲基)丙烯酸羟烷酯还可以起到活性单体的作用,并一起参与紫外光固化。
[0038] 步骤(3)各组分的质量份数为:UV固化植物油基PUA预聚物80~100份;自由基光引发剂1~5份;活性稀释剂10~20份。
[0039] 步骤(1)中所述的二异氰酸酯为芳香族和/或脂肪族二异氰酸酯,优选为六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
[0040] 步骤(1)中所述的催化剂优选为二月桂酸二丁基锡,其用量为催化量即可,优选与UV固化植物油基PUA预聚物的质量比为0.1:100~0.15:100。
[0041] 步骤(1)中所述加热反应指在65~75℃下反应2~4h。
[0042] 步骤(1)中所述将二异氰酸酯和催化剂的混合物加入植物油基多元醇中优选为滴加加入,滴加速度优选为1~10g/min,或者控制在0.5~1h内加完。
[0043] 步骤(1)中优选为先将植物油基多元醇加热后再将二异氰酸酯和催化剂的混合物加入反应。
[0044] 步骤(1)中所述植物油基多元醇使用前先进行脱水,优选在115~125℃下减压脱水2~3h。
[0045] 步骤(1)中所述加热反应优选反应至-NCO基团含量达到理论值为止。
[0046] 步骤(2)中所述的(甲基)丙烯酸羟烷酯可为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丁酯中的至少一种。
[0047] 步骤(2)中所述的阻聚剂为本领域常规使用的阻聚剂即可,优选为对羟基苯甲醚或对苯二酚。其用量为常规用量即可,优选与(甲基)丙烯酸羟烷酯的重量比为0.05:100~1.5:100。
[0048] 步骤(2)中所述反应的时间优选为2~3h。所述反应优选为反应至游离的-NCO含量低于0.1%。所述反应后可通过蒸馏除去溶剂。
[0049] 步骤(2)中所述(甲基)丙烯酸羟烷酯、阻聚剂的加入优选为滴加加入,滴加速度优选为1~10g/min,或者控制在0.5~1h内加完。
[0050] 步骤(3)中所述自由基光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮(Irgacure-184)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(Irgacure-1173)、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮(Irgacure-907)、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯(TPO-L)中的至少一种。
[0051] 步骤(3)中所述的活性稀释剂为(甲基)丙烯酸异冰片酯、1,6-己二醇双丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。
[0052] 步骤(3)中所述的助剂可为本领域其他常规使用的助剂,主要包括增塑剂、偶联剂、消泡剂、流平剂等,所用助剂的量为常规用量即可,优选为以UV固化植物油基PUA预聚物100重量份计,所述增塑剂用量为0.1~0.5重量份,所述偶联剂用量为0.1~0.5重量份,所述消泡剂用量为0.1~0.5重量份,所述流平剂用量为0.1~0.5重量份。
[0053] 本发明提供上述方法制备得到的植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂,其既实现了UV固化又具有优异的可生物降解性能。
[0054] 本发明相对于现有技术,具有如下的优点及有益效果:
[0055] (1)本发明将植物油基多元醇用于聚氨酯原材料取代传统的石化原料多元醇,对于拓宽天然油脂类产品应用和提高其附加值,缓解了石油化工的压力,将具有积极的借鉴价值。
[0056] (2)本发明所制备的UV固化胶黏剂采用可生物降解的植物油基多元醇作为原材料,具有优异的可生物降解性能,从而能够从根本上解决胶黏剂类高分子材料因为不能生物降解所带来的环境污染问题。
附图说明
[0057] 图1为实施例1所合成的PUA低聚物的FT-IR谱图。
具体实施方式
[0058] 下面结合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不限于此。
[0059] 下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。
[0060] 其中,植物油基多元醇通过以下方法制备得到:
[0061] (1)桐酸甲酯的合成及分离纯化:在250mL三口烧瓶中加入43.6g桐油(0.05mol,桐油以桐酸甘油酯(872)计算),安装冷凝回流装置,恒温水浴锅加热至80℃后,加入配制好的NaOH/甲醇溶液(0.436g/9.6g),其中甲醇:桐油=6:1(mol/mol),甲醇0.3mol(9.6g);NaOH为桐油质量的1%(0.436g);开启磁力搅拌,反应约1h后,停止反应;加适量磷酸中和,趁热将反应液转移至分液漏斗,静置,分出甘油层(下层);将上层的液体用热蒸馏水洗涤3~4次,除去下层的水相,减压蒸馏除去甲醇及大部分水等,用无水硫酸钠干燥;即得到桐油甲酯化产物。桐油甲酯的分离纯化采用硝酸银硅胶柱层析法。
[0062] (2)环氧桐酸甲酯的合成:称取30g的桐酸甲酯于三口烧瓶中,置于70℃的水浴锅中并安装好搅拌装置,将速度设置为100r/min,并装上冷凝回流装置。称取26.4g的乙酸,并加入4滴浓硫酸,充分搅拌均匀,然后将其缓慢滴入桐酸甲酯中,15min内滴完。然后称取66g的30%过氧化氢溶液,将其缓慢滴入三口烧瓶中,40min内滴完,并继续反应8h。反应结束后,使用20%的碳酸钠溶液将其pH调至中性,然后转移至分液漏斗静置分层并分去下层。然后用热的去离子水洗涤,此时发现水在上层,产品在下层。加入乙酸乙酯将下层产物萃取到上层,分出下层的水,继续用水重复洗涤3~5次。最后将洗涤后的乙酸乙酯环氧桐酸甲酯混合液转移至烧杯中,加入适量的无水硫酸钠以充分干燥除水,使用旋转蒸发仪除去乙酸乙酯,得到环氧化桐酸甲酯。
[0063] (3)桐油基多元醇的合成:称取10g环氧桐酸甲酯,10g的二乙醇胺,10g的异丙醇,搅拌均匀;称取0.2g(环氧桐酸甲酯与二乙醇胺总质量的1%)的三芳基硫鎓盐,用10g丙酮将其充分溶解。将上述溶液混合并搅拌均匀。然后放置于2500W的UV光下,以50r/min的搅拌速度,照射反应5min。然后使用异丙醇溶解反应后的产物,萃取、过滤、蒸馏。然后转移至分液漏斗中,使用饱和硫酸钠洗涤4~5次。最后减压蒸馏,获得桐油基多元醇。
[0064] 实施例1
[0065] (1)植物油基PU预聚物的合成:在反应釜中依次加入计量好的1mol植物油基多元醇,搅拌并升温至115℃,减压脱水2h后降温至65℃,随后加入1mol六亚甲基二异氰酸酯和0.01mol催化剂二月桂酸二丁基锡的混合物,注意控制其滴加速度优选在2h滴完,反应2h后,期间取样测量-NCO基团含量直到达到理论值,第一步反应结束;
[0066] (2)UV固化植物油基PUA预聚物的合成:将步骤(1)制得的中间产物降温为55℃,搅拌下加入1mol丙烯酸羟乙酯与0.02mol阻聚剂对羟基苯甲醚的混合物,反应3h,跟踪-NCO基团的含量,当游离的-NCO含量低于0.1%时,停止反应蒸出溶剂降温出料,得到植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物;
[0067] (3)植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂的制备:将步骤(2)所得的80g UV固化PUA预聚物、1g自由基光引发剂Irgacure-184、10g活性稀释剂丙烯酸异冰片酯、0.1g增塑剂、0.2g偶联剂、0.1g消泡剂、0.5g流平剂,按比例混合,搅拌均匀,即得到植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂。
[0068] PUA低聚物的红外光谱测试:采用美国Nicolet公司的FT-IR 360型傅立叶变换红外光谱仪,测试范围是400cm-1~4000cm-1,将PUA预聚物涂抹在KBr片上进行测试,得到样品的红外光谱图,如图1所示。
[0069] 由图1知,在图中,3370cm-1附近出现的吸收峰为N-H伸缩振动峰,1540cm-1附近出-1现的吸收峰为N-H弯曲振动峰,1720cm 附近出现的吸收峰为C=O的伸缩振动峰,表明了氨基甲酸酯(NHCOO)键的生成;1637cm-1附近出现的吸收峰为C=C伸缩振动峰,1414cm-1附近出现的吸收峰为双键上C-H的伸缩振动峰,813cm-1附近出现的吸收峰为双键上C-H的弯曲振动峰,表明了HEA连接到了主链上;2270cm-1处的特征吸收峰消失,表明了体系中的-NCO基本反应完全,这表明已经成功制备了植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物。
[0070] 实施例2
[0071] (1)植物油基PU预聚物的合成:在反应釜中依次加入计量好的1mol植物油基多元醇,搅拌并升温至125℃,减压脱水3h后降温至75℃,随后加入1.2mol甲苯二异氰酸酯和0.03mol催化剂二月桂酸二丁基锡的混合物,注意控制其滴加速度优选在3h滴完,反应4h后,期间取样测量-NCO基团含量直到达到理论值,第一步反应结束;
[0072] (2)UV固化植物油基PUA预聚物的合成:将步骤(1)制得的中间产物降温为45℃,搅拌下加入1.1mol丙烯酸羟丙酯与0.01mol阻聚剂对羟基苯甲醚的混合物,反应3h,跟踪-NCO基团的含量,当游离的-NCO含量低于0.1%时,停止反应蒸出溶剂降温出料,得到植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物;
[0073] (3)植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂的制备:将步骤(2)所得的100g UV固化PUA预聚物、5g自由基光引发剂Irgacure-1173、20g活性稀释剂甲基丙烯酸异冰片酯、0.1g增塑剂、0.2g偶联剂、0.1g消泡剂、0.5g流平剂按比例混合,搅拌均匀,即得到植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂。
[0074] 采用美国Nicolet公司的FT-IR 360型傅立叶变换红外光谱仪测试PUA低聚物的FTIR谱图,所得结果特征峰与实施例1相同。
[0075] 实施例3
[0076] (1)植物油基PU预聚物的合成:在反应釜中依次加入计量好的1mol植物油基多元醇,搅拌并升温至120℃,减压脱水2.5h后降温至70℃,随后加入1.05mol对苯二异氰酸酯和0.01mol催化剂二月桂酸二丁基锡的混合物,注意控制其滴加速度优选在2.5h滴完,反应3h后,期间取样测量-NCO基团含量直到达到理论值,第一步反应结束;
[0077] (2)UV固化植物油基PUA预聚物的合成:将步骤(1)制得的中间产物降温为45℃,搅拌下加入1mol丙烯酸羟丁酯与0.01mol阻聚剂对羟基苯甲醚的混合物,反应2h,跟踪-NCO基团的含量,当游离的-NCO含量低于0.1%时,停止反应蒸出溶剂降温出料,得到植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物;
[0078] (3)植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂的制备:将步骤(2)所得的100g UV固化PUA预聚物、4g自由基光引发剂Irgacure-907、15g活性稀释剂1,6-己二醇双丙烯酸酯、0.1g增塑剂、0.1g偶联剂、0.3g消泡剂、0.5g流平剂按比例混合,搅拌均匀,即得到植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂。
[0079] 采用美国Nicolet公司的FT-IR 360型傅立叶变换红外光谱仪测试PUA低聚物的FTIR谱图,所得结果特征峰与实施例1相同。
[0080] 实施例4
[0081] (1)植物油基PU预聚物的合成:在反应釜中依次加入计量好的1mol植物油基多元醇,搅拌并升温至125℃,减压脱水3h后降温至75℃,随后加入1.1mol4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和0.03mol催化剂二月桂酸二丁基锡的混合物,注意控制其滴加速度优选在3h滴完,反应4h后,期间取样测量-NCO基团含量直到达到理论值,第一步反应结束;
[0082] (2)UV固化植物油基PUA预聚物的合成:将步骤(1)制得的中间产物降温为55℃,搅拌下加入1mol甲基丙烯酸羟乙酯与0.01mol阻聚剂对苯二酚的混合物,反应3h,跟踪-NCO基团的含量,当游离的-NCO含量低于0.1%时,停止反应蒸出溶剂降温出料,得到植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物;
[0083] (3)植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂的制备:将步骤(2)所得的80g UV固化PUA预聚物、1g自由基光引发剂TPO、10g活性稀释剂三缩丙二醇双丙烯酸酯、0.2g增塑剂、0.3g偶联剂、0.1g消泡剂、0.5g流平剂按比例混合,搅拌均匀,即得到植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂。
[0084] 采用美国Nicolet公司的FT-IR 360型傅立叶变换红外光谱仪测试PUA低聚物的FTIR谱图,所得结果特征峰与实施例1相同。
[0085] 实施例5
[0086] (1)植物油基PU预聚物的合成:在反应釜中依次加入计量好的1mol植物油基多元醇,搅拌并升温至115℃,减压脱水3h后降温至75℃,随后加入1mol异佛尔酮二异氰酸酯和0.01mol催化剂二月桂酸二丁基锡的混合物,注意控制其滴加速度优选在3h滴完,反应4h后,期间取样测量-NCO基团含量直到达到理论值,第一步反应结束;
[0087] (2)UV固化植物油基PUA预聚物的合成:将步骤(1)制得的中间产物降温为55℃,搅拌下加入1.2mol甲基丙烯酸羟丙酯与0.02mol阻聚剂对苯二酚的混合物,反应3h,跟踪-NCO基团的含量,当游离的-NCO含量低于0.1%时,停止反应蒸出溶剂降温出料,得到植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物;
[0088] (3)植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂的制备:将步骤(2)所得的90g UV固化PUA预聚物、2.5g自由基光引发剂TPO-L、15g活性稀释剂季戊四醇三丙烯酸酯、0.3g增塑剂、0.2g偶联剂、0.5g消泡剂、0.5g流平剂按比例混合,搅拌均匀,即得到植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂。
[0089] 采用美国Nicolet公司的FT-IR 360型傅立叶变换红外光谱仪测试PUA低聚物的FTIR谱图,所得结果特征峰与实施例1相同。
[0090] 实施例6
[0091] (1)植物油基PU预聚物的合成:在反应釜中依次加入计量好的1mol植物油基多元醇,搅拌并升温至120℃,减压脱水2.5h后降温至70℃,随后加入1.1mol六亚甲基二异氰酸酯和0.015mol催化剂二月桂酸二丁基锡的混合物,注意控制其滴加速度优选在2.5h滴完,反应3h后,期间取样测量-NCO基团含量直到达到理论值,第一步反应结束;
[0092] (2)UV固化植物油基PUA预聚物的合成:将步骤(1)制得的中间产物降温为50℃,搅拌下加入1mol甲基丙烯酸羟丁酯与0.01mol阻聚剂对苯二酚的混合物,反应2.5h,跟踪-NCO基团的含量,当游离的-NCO含量低于0.1%时,停止反应蒸出溶剂降温出料,得到植物油基多元醇型UV固化PUA预聚物;
[0093] (3)植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂的制备:将步骤(2)所得的100g UV固化PUA预聚物、3g自由基光引发剂TPO、15g活性稀释剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.2g增塑剂、0.5g偶联剂、0.1g消泡剂、0.1g流平剂按比例混合,搅拌均匀,即得到植物油基多元醇型可生物降解UV固化胶黏剂。
[0094] 采用美国Nicolet公司的FT-IR 360型傅立叶变换红外光谱仪测试PUA低聚物的FTIR谱图,所得结果特征峰与实施例1相同。
[0095] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。