[发明专利]一种生物基多异氰酸酯类固化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种生物基多异氰酸酯类固化剂的制备方法及其应用，包括如下步骤：在惰性气体保护下，生物基二异氰酸酯单体在催化剂存在下进行聚合反应以制备所述生物基多异氰酸酯，所述催化剂为三烷基膦或三烷基膦与季铵类催化剂混合物，生成物的主要成分有异氰脲酸酯、脲二酮以及亚氨基二嗪二酮（不对称三聚体)，这样制备的脂肪族多异氰酸酯可用于涂料固化剂及聚氨酯涂料的合成。本发明生物基类多异氰酸酯，使用单体来源于生物基，其70%的碳含量来自于可再生资源糖基原料，减少了碳足迹且不依赖日益紧张的化石资源。

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体涉及一种生物基多异氰酸酯类固化剂的制备方法及其应用。

背景技术

PDI作为一种生物基异氰酸酯，其70％的碳含量来自于可再生资源糖基原料，减少了碳足迹且不依赖日益紧张的化石资源，绿色环保，这些特点对于企业产能扩增、运行成本、产品的可持续发展都有巨大的吸引力。其可以采用生物合成，过程绿色、环保。

另外，近年来由于绿色环保、可持续发展的要求，用作固化剂的多异氰酸酯向低粘度方向发展。通过控制粘度，可以减少涂料组合物中有机试剂的使用量，减少挥发性有机物的排放，进而提出了合成改性PDI生物基异氰酸酯多异氰酸酯成分的技术。由于三聚体产品的高粘度，可以在体系中生成一定脲二酮的量来改变体系粘度，同时亚氨基恶二嗪二酮(非对称三聚体)作为一种高价值原料，可以直接用于聚氨酯配漆和涂料，且经常被用作三聚体的辅助配料，其不仅可以有效降低体系粘度，而且有着比三聚体更好的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物基多异氰酸酯类固化剂的制备方法及其应用，可以有效合成生物基异氰脲酸酯(三聚体)固化剂，除三聚体结构外，还包含一定比例的脲二酮(二聚体)以及亚氨基二嗪二酮(非对称三聚体)结构，并且保证在同一个反应步骤下进行，即在之前之后不进行任何步骤。经过分子蒸馏脱除单体后，其产品具有低产品粘度，高NCO特点。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种生物基多异氰酸酯类固化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将200-250g生物基二异氰酸酯单体置于反应釜中搅拌，加入抗氧化剂168与抗氧化剂B1010,同时进行预热处理；

步骤2，将步骤1中的单体降温至70-75℃，逐滴加入催化剂，在70-75℃下进行催化反应3-4h，反应期间每隔0.5h，用二正丁胺法测定反应溶液中-NCO含量；

步骤3，当反应溶液中-NCO的含量降至38-45％时，再滴加终止剂，继续搅拌0.5h后,降温至25-40℃，得到无色透明粗产品，所述终止剂为生物基异氰酸酯单体质量的1‰-3‰；

步骤4，用分子蒸馏处理无色透明粗产品，轻组分为生物基异氰酸酯单体，重组分为多异氰酸酯产品，多异氰酸酯产品中-NCO含量为22-26％，其中，分子蒸馏处理的温度为120-130℃，搅拌速度为300-350r/min，压力为0.1-1mbar，分离次数2次；

步骤5，所得产物生物基类多异氰酸酯为无色或略带黄色的液体或固体形式，且产物经核磁氢谱与核磁碳谱确定存在异氰脲酸酯脲二酮以及亚氨基恶二嗪二酮

作为改进的是，步骤1中生物基单体纯度要求≥99.9％，色度＜40Hazen，水解氯＜100ppm；预热处理的温度为90-95℃，预热时间1h。

作为改进的是，步骤1中抗氧化剂168的化学成分为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；抗氧化剂B1010化学成分为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯。

作为改进的是，抗氧化剂168添加量为生物基二异氰酸酯单体质量的0.5‰-2‰，抗氧化剂B1010添加量为生物基二异氰酸酯单体质量的1‰-3‰。