[发明专利]植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于UV固化材料技术领域，具体涉及一种植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物及其制备方法和应用。本发明将环氧植物油与二乙基磷乙酸反应制备生物基含磷多元醇，将氨基硅氧烷与丙烯酸羟基酯反应制备含硅单体，然后将丙烯酸羟基酯、生物基含磷多元醇、含硅单体与二异氰酸酯反应制备植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物。本发明通过在植物油基聚氨酯丙烯酸酯预聚物分子链中引入绿色环保的磷、硅元素，使得固化膜能够具有很好的阻燃性能，能够克服传统植物油基高分子材料容易燃烧的缺点，有利于扩大生物基高分子材料的应用范围。

技术领域

本发明属于UV固化材料技术领域，具体涉及一种植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物及其制备方法和应用。

背景技术

随着不可再生的化石资源的消耗，全球变暖问题日益突出和油价的波动，利用绿色、可再生、低成本的生物基资源制备紫外光固化材料成为了行业的发展趋势。UV固化材料具有高效、环保、节能、经济、实用等特点。首先，固化过程可以在几秒钟内完成，表明固化效率高。第二，一般采用活性稀释剂，可以与预聚物聚合形成固化膜，代替常见的挥发性溶剂，减少了有机溶剂的使用，表现出环境友好的特点。第三，UV固化涂料可以在室温下固化，避免了高温固化的过程，有利于节约能源。最后，与热固化相比，UV固化过程效率更高，能耗更低，更加经济。将紫外光固化技术与生物质材料相结合来合成新材料可以被看作是具有良好发展前景的绿色工业。在生物质资源中，植物油因其产量高、利用率高、生物降解性好、成本相对较低等优点，成为开发新型紫外光固化材料的候选者。

现有技术中，已有植物油基聚氨酯丙烯酸酯被成功研发，如公开号CN111548473A的中国专利申请公开了一种可光聚合植物油基聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法，其反应原料为二异氰酸酯60-70份、植物油80-90份、溶剂30-35份、二月桂酸二丁基锡10-12份、异氟尔酮二异氰酸12-13份、丙烯酸-2-羟基乙酯10-12份，其以天然的植物油为原料替代原先的人工合成的多元醇，合成了多羟基植物油衍生物，在二异氰酸酯的作用下得到了具有可光聚合植物油基聚氨酯丙烯酸酯，制备的产物兼备植物油的环保性能和聚氨酯丙烯酸酯优异的化学物理性能。然而其易燃性阻碍了涂料在一部分材料上的使用，限制了其应用范围。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物，其由生物基含磷多元醇、含硅单体、丙烯酸羟基酯和二异氰酸酯为原料反应制备得到，所述二异氰酸酯中的异氰酸基与所述丙烯酸羟基酯、生物基含磷多元醇、含硅单体中的羟基的摩尔比为2：(0.1-1.8)：(0.1-1.8)：(0.1-1.8)，其中，生物基含磷多元醇由以下方法制备得到：

将环氧植物油、二乙基磷乙酸和催化剂混合，升温至110～130℃，反应7～9h，得到生物基含磷多元醇，所述环氧植物油为环氧桐油、环氧大豆油、环氧蓖麻油、环氧亚麻油、环氧棉籽油中的至少一种；

含硅单体由以下方法制备得到：将氨基硅氧烷和丙烯酸羟基酯混合，升温至40～50℃，反应3～5h，得到含硅单体，所述氨基硅氧烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷中的至少一种；丙烯酸羟基酯为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯中的至少一种。

在一些实施方式中，二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的至少一种；丙烯酸羟基酯为丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)中的至少一种。

根据本发明的第二个方面，提供了上述的植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物的制备方法，其制备方法为：将环氧植物油与二乙基磷乙酸反应制备生物基含磷多元醇，然后将丙烯酸羟基酯、生物基含磷多元醇与二异氰酸酯反应制备植物油基阻燃聚氨酯丙烯酸酯预聚物。