[发明专利]一种POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯的制备方法，尤其涉及一种 由环碳酸酯基POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯的制备方法。

背景技术

非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)作为一种新型环保的聚氨酯材料，不仅具有良好的加工 性能、耐化学腐蚀性及低的渗透性，而且制备及使用过程中摒弃了高毒性、湿敏性的多异氰 酸酯，因而具有毒副作用小、制备与使用工艺安全环保等优点，是新一代应用前景更为广阔 的聚氨酯材料。然而，NIPU材料存在耐水性能差、玻璃化转变温度低等性能方面的不足，严 重制约了其相关产品的推广和应用。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)作为一种发展前景良好的新型材料，不仅具有有机 硅材料密度低、热稳定性好以及良好的耐水性和柔韧性，还具有无机硅材料强度高、耐高 温、不易氧化、阻燃性能及抗辐射性能好等诸多优点。近年来，POSS在聚合物材料改性方面 已得到广泛应用并取得有益成果。如POSS改性的聚酰亚胺(PolymerInternational,2012, 61:1344–1352)、环氧树脂(PolymerDegradationandStability,2011,96:1821–1832)、 聚氨酯(JournalofAppliedPolymerScience,2012,126:E440–E454)、丙烯酸环氧树脂 (ProgressinOrganicCoatings,2013,76:1477–1483)等复合材料在耐水、耐热及力学性 能方面与改性前相比均有显著提高。

发明内容

本发明针对松香基NIPU材料耐水性能差、玻璃化转变温度低等性能方面的不足， 提供一种POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法。其特点是通过化学共聚将环碳 酸酯基POSS引入松香基NIPU分子结构中，制得POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯复合材 料。

本发明采用以下技术方案：一种POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯，是以环氧基 POSS与CO₂在催化剂作用下反应合成环碳酸酯基POSS，再与松香基环碳酸酯、胺基化合物共 聚，制备得到POSS改性的非异氰酸酯聚氨酯。

制备所述的POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯的方法，该方法包含以下步骤：第 一步，制备环碳酸酯基POSS：以环氧基POSS与CO₂在催化剂作用下反应制备环碳酸酯基 POSS；第二步，制备POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯：将制备的环碳酸酯基POSS与松香基 环碳酸酯、胺基化合物共聚，得到POSS改性松香基非异氰酸酯聚氨酯；反应式为：

第一步中所述的催化剂是以金属卤化物为主催化剂、邻二醇类化合物为助催化剂 的复合体系，金属卤化物与邻二醇类化合物的质量比为1:0.1～2。

所述金属卤化物为溴化锂、氯化锂、碘化钾、溴化钾、溴化锌中的一种，用量为环氧 基POSS质量的0.1～5％；所述的邻二醇类化合物为乙二醇、1,2-丙二醇,1,2-丁二醇中的一 种。

第一步反应以N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺为溶剂。

第一步反应是在密闭反应釜中通入CO₂至压力为0.5～5MPa，80～150℃反应2～ 24h。

第二步是将松香基环碳酸酯、环碳酸酯基POSS溶于少量有机溶剂，与胺基化合物 按环碳酸酯基/氨基物质的量之比为1:1混合均匀，反应温度为25～120℃，反应时间为2～ 10h。

所述的有机溶剂为甲醇、丙酮、环丁酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N， N-二甲基甲酰胺中的一种或任几种的混合物；所述的胺基化合物为乙二胺、丙二胺、己二 胺、癸二胺、对苯二胺、异佛尔酮二胺、四乙烯五胺或三乙烯四胺中的任一种。

本发明的有益效果：

1.本发明制备环碳酸酯基POSS的方法简便，反应条件温和，产物转化率高，且制得 的环碳酸酯基POSS与基体树脂具有良好的相容性。

2.本发明以可再生资源松香为原料制备生物质基非异氰酸酯聚氨酯，原料成本 低，来源广泛，制备过程安全、无毒；制备的非异氰酸酯聚氨酯复合物材料具有良好的热稳 定性、耐水性能及力学性能。

附图说明

图1环碳酸酯基POSS的红外光谱图。