本申請屬于有機高分子合成，特別涉及一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法。

背景技術：

1、水性聚氨酯是一種以水為分散介質的聚氨酯材料，因其環保、低voc排放等優點，在涂料、膠粘劑、紡織涂層、皮革加工等多個領域得到了廣泛應用。傳統溶劑型聚氨酯雖然性能優異，但其生產過程中使用的有機溶劑對環境和人體健康構成威脅。相比之下，水性聚氨酯不僅減少了有害物質的釋放，還具有良好的機械性能、柔韌性、耐磨性和耐化學品性，能夠滿足不同應用場景的需求。

2、目前常用的水性聚氨酯為羧酸基水性聚氨酯，使用二羥甲基丙酸作為親水擴鏈劑，缺點是二羥甲基丙酸在聚合體系中的溶解度低，基本上不溶解于聚醚、聚酯、多異氰酸酯聚合體系，極微溶于酮類溶劑，在n-甲基吡咯烷酮中有較高的溶解度。我們都知道縮合反應只有在均相中才能進行，因此二羥甲基丙酸在無溶劑的反應體系中基本不反應，在丙酮法工藝中二羥甲基丙酸反應速度也比較慢。二羥甲基丙酸微量溶解于丙酮，溶解的二羥甲基丙酸與異氰酸酯反應，二羥甲基丙酸再溶解、再反應直至二羥甲基丙酸完全溶解反應，實質上二羥甲基丙酸與異氰酸酯的反應是溶解控制反應，溶解速度控制反應速度。

3、為了提高產品的性能或解決二羥甲基丙酸帶來的問題，有人提出用二羥甲基丁酸代替二羥甲基丙酸。雖然兩者在合成工藝上相似，但是二羥甲基丁酸的分離提純過程卻遠比二羥甲基丙酸復雜得多。二羥甲基丁酸只能在有機溶劑如乙酸乙酯中經過長時間結晶才能得到純品，重結晶回收率較低，這無疑增加了二羥甲基丁酸的合成成本。并且二羥甲基丁酸分子中的乙基側鏈會在高分子結構內部產生內增塑效應，使得以二羥甲基丁酸為原料合成的水性聚氨酯分散體相比二羥甲基丙酸產品表現出更低的硬度。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中二羥甲基丙酸溶解度低、反應速度慢、二羥甲基丁酸成本高昂且影響產品硬度的問題，本申請提供一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，使用n,n'-雙(2-羥乙基)哌嗪作為親水擴鏈劑，引入了叔胺基，再利用胺基與1,3-丙烷磺酸內酯的開環反應引入磺酸基，并且最后的擴鏈反應中，使用乙二胺基乙磺酸鈉作為擴鏈劑，解決了二羥甲基丙酸在聚合體系中溶解度低的問題，并且避免了使用二羥甲基丁酸帶來的高成本和分離提純困難。

2、本申請提供一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將異佛爾酮二異氰酸酯加入到蓖麻油酸中，通氮氣保護，升溫至80-90℃，進行反應，檢測nco值達到2%-3.3%后，降溫至50-55℃，再加入n,n'-雙(2-羥乙基)哌嗪，通氮氣保護，升溫至80-85℃反應6-8ｈ，檢測nco值達到1%-1.8%后，得到低聚物；

4、s2、在步驟s1所得低聚物中加入正己烷，再加入1,3-丙烷磺酸內酯，升溫至50-55℃，再加入三乙胺繼續反應1-1.5小時，得到親水預聚物；

5、s3、在步驟s2所得親水預聚物中滴加水，在高剪切乳化機中乳化同時滴加乙二胺基乙磺酸鈉，50-55℃反應1.5-3小時，然后將乳液在60℃減壓蒸餾20-40分鐘，溶劑蒸發后得到蓖麻油基水性聚氨酯分散體。

6、更進一步，步驟s1中所述異佛爾酮二異氰酸酯和蓖麻油酸的質量比為1：1-1.2。

7、更進一步，步驟s1中所述n,n'-雙(2-羥乙基)哌嗪的加入量為異佛爾酮二異氰酸酯和蓖麻油酸總質量的1.7%-3.6%。

8、更進一步，步驟s2中所述正己烷的用量為異佛爾酮二異氰酸酯和蓖麻油酸總質量的40%-80%。

9、更進一步，步驟s2中所述1,3-丙烷磺酸內酯的用量為異佛爾酮二異氰酸酯和蓖麻油酸總質量的1.3%-2.7%。

10、更進一步，步驟s2中所述三乙胺和1,3-丙烷磺酸內酯的質量比為1：1-3。

11、更進一步，步驟s3所述水和異佛爾酮二異氰酸酯與蓖麻油酸總質量的質量比為1：0.84-1.05。

12、更進一步，步驟s3所述乙二胺基乙磺酸鈉的用量為異佛爾酮二異氰酸酯和蓖麻油酸總質量的2%-3.4%。

13、本申請提供了一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，通過成分選擇和工藝設計，克服了傳統羧酸基水性聚氨酯分散體制備中的溶解度問題、成本問題以及反應速度慢的問題。本申請采用可再生資源蓖麻油酸作為原料，不僅符合綠色化學原理，還減少了對石油衍生化學品的依賴。磺酸鹽被用作親水基團，解決了二羥甲基丙酸在聚合體系中溶解度低的問題，并且避免了使用二羥甲基丁酸帶來的高成本和分離提純困難。

14、首先，在低聚物的制備過程中，蓖麻油酸與異佛爾酮二異氰酸酯在氮氣保護下進行反應，生成含有未反應異氰酸酯基團的預聚物。此步驟控制溫度和時間確保足夠的nco基團用于后續反應，同時加入n,n'-雙(2-羥乙基)哌嗪，引入叔胺基，為下一步引入磺酸基做準備，這一過程有效提高了反應的選擇性和效率，同時也賦予了最終產物更好的性能。

15、接下來，為了制備親水預聚物，向上述低聚物中添加正己烷降低粘度，便于處理和操作，隨后加入1,3-丙烷磺酸內酯，再以三乙胺催化開環反應，將磺酸基引入到分子鏈中。這種引入親水基團的方法使得產品具備良好的水溶性和穩定性，而不需要依賴傳統的難以溶解或成本高的擴鏈劑。

16、最后，在制備蓖麻油基水性聚氨酯分散體時，利用高剪切乳化技術，使水滴加至親水預聚物中形成穩定的乳液，同時加入乙二胺基乙磺酸鈉進一步擴鏈并增強親水性。此步驟保證了分散體具有良好的機械穩定性和儲存穩定性。

技術特征：

1.一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，其特征在于：

3.根據權利要求2所述蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，其特征在于：

4.根據權利要求1所述蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，其特征在于：

5.根據權利要求1所述蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，其特征在于：

6.根據權利要求1所述蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，其特征在于：

技術總結
本申請屬于有機高分子合成技術領域，特別涉及一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法。為了解決現有技術中二羥甲基丙酸溶解度低、反應速度慢、二羥甲基丁酸成本高昂且影響產品硬度的問題，本申請提供一種蓖麻油基水性聚氨酯分散體的制備方法，使用N,N'?雙(2?羥乙基)哌嗪作為親水擴鏈劑，引入了叔胺基，再利用胺基與1,3?丙烷磺酸內酯的開環反應引入磺酸基，并且最后的擴鏈反應中，使用乙二胺基乙磺酸鈉作為擴鏈劑，解決了二羥甲基丙酸在聚合體系中溶解度低的問題，并且避免了使用二羥甲基丁酸帶來的高成本和分離提純困難。

技術研發人員：柴可軍,耿佃勇,荊曉東,王帥
受保護的技術使用者：山東尚正新材料科技股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28