[发明专利]一种含噁唑烷基的改性聚氨酯预聚体及其应用

说明书

本发明公开了一种同时含噁唑烷基和异氰酸酯基的改性聚氨酯预聚体及其应用，所述改性预聚体是将单羟乙基噁唑烷化合物与端NCO基聚氨酯预聚体控制一定的配比进行反应得到。该含噁唑烷基的改性预聚体，可以用于制备湿固化的单组分聚氨酯涂料、聚氨酯胶黏剂，具体包括单组分聚氨酯防水涂料、保护涂料和涂层、塑胶运动场地的粘接胶料和无溶剂单组分聚氨酯胶黏剂等，固化物具有优异的强度和耐久性。

技术领域

本发明属于高分子化学技术领域，涉及一种噁唑烷基的改性聚氨酯预聚体、及其制备和应用，具体是单羟基噁唑烷对聚氨酯预聚体进行改性的应用。

背景技术

噁唑烷化合物技术近年来已逐渐在聚氨酯行业应用。噁唑烷化合物是β-醇胺与醛酮进行脱水反应形成的一类含噁唑烷基(1,3-氧氮五元杂环)的化合物，它们遇到水可分解生成含羟基和氨基的醇胺化合物，在聚氨酯行业可用作潜固化剂、化学除水剂和活性稀释剂，在其他行业可用作制药中间体、制革鞣剂、油品脱硫剂等。

用作聚氨酯潜固化剂的噁唑烷类化合物，当遇到水分或湿气时，优先于异氰酸酯基(NCO基)与水反应，因此避免了NCO基直接与水反应而产生二氧化碳，对于那些产生二氧化碳较快的湿固化场合可减轻因二氧化碳而导致气泡/泡孔的产生，或完全消除气泡。噁唑烷类潜固化剂和亚胺类潜固化剂一样，可提高湿固化聚氨酯膜的强度和阻隔性能，改善胶膜外观。

已经有较多论文和专利公开介绍了噁唑烷的合成以及在聚氨酯领域的应用。一般的噁唑烷潜固化剂不含可以与异氰酸酯反应的基团(即不含活性氢基团)，作为添加剂配入到以端NCO基预聚体为主要树脂成分的单组分湿固化聚氨酯涂料、胶黏剂中，遇到水分或湿气，分解成含醇胺类固化剂，起固化作用。单噁唑烷基的潜固化剂产生2个活性氢基团(一个仲氨基和一个羟基)起扩链剂作用，含双噁唑烷基、连噁唑烷环、3～4个噁唑烷基的噁唑烷潜固化剂可产生3个以上活性氢基团，起交联作用。

有些含羟基的噁唑烷化合物，也被当做潜固化剂加入到预聚体中用作潜固化剂，例如四川大学张萍、高峻等合成了3-羟乙基-1,3-噁唑烷等含羟基(或羟烷基)的噁唑烷，但对其的应用研究比较初级，只是简单地添加至聚氨酯预聚体中进行固化，在低NCO含量的预聚体中噁唑烷化合物添加量过高，导致胶膜伸长率增加若干倍，强度不详。日本大日本油墨化学工业株式会社申请了一系列专利申请(如JP2003128988A、CN1330716C、JP2017066278A)，由聚氨酯预聚体与N-羟烷基噁唑烷反应得到端噁唑烷基氨基甲酸酯(氨酯噁唑烷化合物)，与另一种聚氨酯预聚体等复配，配制成单组分湿固化聚氨酯，来提高聚氨酯的性能。

含羟乙基的噁唑烷化合物与一般的无反应性基团的噁唑烷化合物不同，含羟乙基的噁唑烷添加到端NCO基聚氨酯预聚体中可参与反应，消耗NCO基团，如果其用量大，则因消耗过多的NCO基，甚至使NCO官能度为2的聚氨酯预聚体变成NCO官能度低于1的预聚体，使得单组分聚氨酯体系的湿固化反应不完全、固化物性能降低，所以有必要对反应机理以及用量进行研究，以获得更好性能的单组分聚氨酯产品。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种固化后聚氨酯的强度和耐久性更优异的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种含噁唑烷基的改性聚氨酯预聚体，它是将单羟基噁唑烷化合物与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体按一定比例进行反应得到，其分子结构中同时含有噁唑烷基和异氰酸酯基；其用于单组分湿固化聚氨酯体系。这样可以在不明显增加预聚体分子量的同时降低NCO含量，有利于在不明显增加聚氨酯树脂黏度的同时提升固化速度、提高固化物的交联度，由此提升固化后聚氨酯的强度和耐久性。

本发明采用的单羟乙基噁唑烷化合物为含单个羟乙基的噁唑烷化合物，是由二乙醇胺与醛类化合物合成的。具体地，采用的含单个羟乙基的噁唑烷化合物的结构式如下所示：

其中，R可以是H、异丙基、苯基、取代苯基或烷基；