[发明专利]星型噁唑烷潜固化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种星型噁唑烷潜固化剂及其制备方法和用途，属于星型噁唑烷潜固化剂的制备及应用领域。

背景技术

单组分聚氨酯（SPU）胶粘剂是指以异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体直接与空气中的水反应固化而扩链或交联。与双组分聚氨酯胶粘剂相比，SPU具有以下优点：使用时不需要添加其他交联剂及助剂、成本较低；由于不含溶剂，因而固化时无溶剂挥发，不会放出有害气体；配方中不存在化学计量误差；粘度较低，没有混合均匀性的问题，施工容易；储存期长，性能稳定，仅依靠微量水分就能固化；使用方便，适用面广。自1978年美国成功开发以来，SPU发展非常迅速，是聚氨酯胶粘剂的重要发展方向。虽然SPU具有以上优点，但是在SPU的湿气固化过程中产生的CO₂气体会使聚氨酯表面或内部产生气泡，既影响材料的表观性能，又严重影响材料的力学性能，这限制了SPU的应用。

怎样除去或避免SPU湿气固化过程中产生的CO₂气体一直是各国科研人员研究的热点，曾使用化学或物理方法来吸收固化过程中产生的CO₂，例如：加入一些碱性物质，如CaO、Ca(OH)₂等来中和SPU固化过程中产生的CO₂；加入一些吸附剂，如活性炭、PVC树脂等，这些方法不仅不能很好地消除CO₂，而且残留物还会影响聚氨酯的性能。

Robinson G.N.,Alderman J.F,Johnson T.L.New oxazolidine-based moisture scavenger for polyurethane coating system[J].Journal of Coatings Technology,1993,65(820):51-55采用噁唑烷作聚氨酯预聚体的潜固化剂，在固化过程中可避免产生CO₂，从源头上解决单组分聚氨酯固化材料的发泡问题。潜固化原理：在干燥环境中潜固化剂能与聚氨酯预聚体共存封装，而在湿气环境中潜固化剂优先与水发生反应生成β－醇胺，后者再与预聚体的异氰酸酯基反应，固化或交联聚氨酯预聚体，固化过程中避免了生成CO₂。其反应式如下：

噁唑烷

这种噁唑烷潜固化剂只具有一个噁唑烷单元结构，固化效率低，交联密度小，分子量小，与聚氨酯预聚体相容性较差，不易混合均匀，导致消泡不均匀、消泡效果较差；多为液体，保存、运输不便；对固化材料的力学性能、耐热性能提高有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足而提供一种星型噁唑烷潜固化剂及其制备方法和用途，其特点是星型噁唑烷潜固化剂的分子结构中具有四个噁唑烷单元结构，分子量较大，与聚氨酯预聚体相容性较好，开环后可形成以潜固化剂为中心的八个枝状增长点，从而使固化分子形成一个多交联点的网状结构。不仅从源头避免SPU体系固化过程中产生气泡，而且常温下为半固体，便于储存、运输；与水开环反应生成的副产物丙酮易挥发而不会污染环境；最可贵的是可大幅改善固化体系的力学性能、耐热性能。

本发明的目的有以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

星型噁唑烷潜固化剂的化学结构式为：

单组分聚氨酯用星型噁唑烷潜固化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷（OX）的制备

将二乙醇胺20～150份、甲苯50～300份加入反应釜中，搅拌均匀，加热至35～45℃，滴加丙酮20～180份，继续反应1～1.5h，加热回流分水，待出水量达到或接近理论值，停止反应，待反应液降至室温，再加热蒸出甲苯，重复利用；浓缩液减压分馏，在100Pa下收集65℃馏分，得到浅黄色液体2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷（OX）15～120份，其反应式如下：

（2）1,1,5,5-戊烷端四甲酸四乙酯的制备