本發(fā)明涉及聚氨酯樹脂，具體地說，涉及一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂及其制備方法。

背景技術：

1、聚氨酯樹脂因其卓越的耐磨性、柔韌性、耐化學品性以及良好的成膜性，在眾多領域中得到了極為廣泛的應用；然而，傳統(tǒng)聚氨酯樹脂在生產(chǎn)和使用過程中通常會添加大量有機溶劑，如甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等，這些溶劑在施工和固化過程中會揮發(fā)到大氣中，成為揮發(fā)性有機化合物（vocs）的重要來源；揮發(fā)性有機化合物不僅對大氣環(huán)境造成嚴重污染，引發(fā)光化學煙霧、酸雨等環(huán)境問題，還對人體健康產(chǎn)生危害，如刺激呼吸道、損害神經(jīng)系統(tǒng)等；隨著材料科學和化學工程技術的不斷進步，無溶劑聚氨酯樹脂在生產(chǎn)和使用過程中不含有機溶劑，從源頭上減少了vocs的排放。

2、然而，與一些傳統(tǒng)的有溶劑聚氨酯樹脂或其他高性能工程材料相比，無溶劑聚氨酯樹脂的機械強度可能相對較低，特別是在承受高應力、高沖擊力的場合，可能無法滿足要求，如一些重型機械的零部件密封材料等，鑒于此，我們提出一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂及其制備方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂及其制備方法，以解決上述背景技術中提出無溶劑聚氨酯樹脂的機械強度可能相對較低，特別是在承受高應力、高沖擊力的場合，可能無法滿足要求，如一些重型機械的零部件密封材料等的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂，包括以下原料：改性聚己內(nèi)酯-聚乳酸50-80重量份、六亞甲基二異氰酸酯20-40重量份、交聯(lián)劑3-10重量份、新癸酸鉍0.1-1重量份、丁基羥基茴香醚0.1-1重量份、木粉5-20重量份；

3、改性聚己內(nèi)酯-聚乳酸是聚己內(nèi)酯-聚乳酸和琥珀酸酐發(fā)生酯化反應，并添加叔丁基二甲基氯硅烷制備得到的。

4、作為優(yōu)選，所述改性聚己內(nèi)酯-聚乳酸的制備方法如下：

5、s1.1、分別稱取以下重量份的原料：聚己內(nèi)酯-聚乳酸80-100重量份、琥珀酸酐5-20重量份、叔丁基二甲基氯硅烷3-15重量份、4-二甲氨基吡啶1-5重量份、咪唑5-15重量份；

6、s1.2、將聚己內(nèi)酯-聚乳酸、琥珀酸酐和4-二甲氨基吡啶放入研缽中，研磨混合，得到混合物；將混合物轉(zhuǎn)移到反應釜中，以100-300r/min的速度攪拌，同時向反應釜中通入氮氣，溫度以1-3℃/min的速率升高至80-120℃，進行酯化反應4-8h；

7、琥珀酸酐與聚己內(nèi)酯-聚乳酸進行酯化反應后，會在聚己內(nèi)酯-聚乳酸分子鏈上引入羧基（-cooh）等功能性基團，這些基團為后續(xù)與六亞甲基二異氰酸酯等反應提供了更多的活性位點，使分子鏈之間能夠形成更復雜的交聯(lián)結構，從而增強了聚氨酯樹脂的分子間作用力和網(wǎng)絡結構；酯化反應過程中，琥珀酸酐的分子結構插入到聚己內(nèi)酯-聚乳酸的分子鏈中，可以使分子鏈在保持一定剛性的同時，增加其柔韌性，有利于在后續(xù)制備聚氨酯樹脂時更好地分散和反應，提高樹脂的綜合性能。

8、酯化反應引入的功能性基團與異氰酸酯反應形成更多的化學鍵，增加了分子鏈之間的交聯(lián)點，使樹脂形成更致密的三維網(wǎng)絡結構，這種高交聯(lián)密度的結構能夠有效地抵抗外力的作用，提高樹脂的硬度、拉伸強度和模量等機械性能；酯化反應后的產(chǎn)物在參與聚氨酯樹脂的合成過程中，由于分子鏈上的極性基團增加，分子間的作用力如氫鍵、范德華力等也會相應增強，這些分子間作用力能夠協(xié)同抵抗外力，使樹脂在受力時分子鏈之間不易發(fā)生相對滑動，從而提高了樹脂的機械強度；酯化反應可能會影響聚己內(nèi)酯-聚乳酸在聚氨酯樹脂中的相態(tài)結構，使其與其他組分之間的相容性更好，形成更均勻的微觀結構，均勻的相態(tài)結構有利于應力的均勻傳遞，避免應力集中導致的局部破壞，從而提高樹脂的整體機械性能。

9、s1.3、酯化反應完成后，將反應體系溫度降至50-70℃，緩慢滴加叔丁基二甲基氯硅烷，再加入咪唑，繼續(xù)以100-300r/min的速度攪拌反應3-6h；

10、叔丁基二甲基氯硅烷的引入和可以在一定程度上影響分子鏈的排列和規(guī)整性，規(guī)整的分子鏈結構有助于分子間形成更強的相互作用力，如氫鍵和范德華力等，這些分子間作用力能夠協(xié)同抵抗外力，使樹脂在受力時分子鏈之間不易發(fā)生相對滑動，從而提高樹脂的機械強度和韌性，增強其抗沖擊性能；在多組分的樹脂體系中，叔丁基二甲基氯硅烷處理后的產(chǎn)物與其他組分之間的相容性改善，有助于增強相界面的結合力，當樹脂受到外力作用時，相界面能夠更好地傳遞應力，避免因相分離而導致的應力集中和材料破壞，從而提高樹脂整體的機械性能和穩(wěn)定性。

11、s1.4、反應結束后，待反應產(chǎn)物冷卻至室溫；將反應產(chǎn)物用無水乙醇洗滌2-3次，以除去未反應的小分子雜質(zhì)；將洗滌后的產(chǎn)物進行真空干燥，得到改性聚己內(nèi)酯-聚乳酸。

12、作為優(yōu)選，所述s1.2中，聚己內(nèi)酯-聚乳酸的分子量為200000-500000da。

13、作為優(yōu)選，所述s1.2中，通入氮氣的流速為20-50ml/min。

14、作為優(yōu)選，所述s1.3中，緩慢滴加叔丁基二甲基氯硅烷的速率為0.1-0.5ml/min。

15、作為優(yōu)選，所述s1.4中，真空干燥的溫度為40-60℃，干燥時間為12-24h。

16、另一方面，本發(fā)明提供了一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂的制備方法，用于制作上述的環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂，包括如下步驟：

17、s2.1、分別稱取以下重量份的原料：改性聚己內(nèi)酯-聚乳酸50-80重量份、六亞甲基二異氰酸酯20-40重量份、交聯(lián)劑3-10重量份、新癸酸鉍0.1-1重量份、丁基羥基茴香醚0.1-1重量份、木粉5-20重量份；

18、s2.2、將改性聚己內(nèi)酯-聚乳酸加入到反應釜中，以20-30ml/min的流速通入氮氣，加熱至60-80℃，以100-300r/min的速度攪拌15-30min；再緩慢加入六亞甲基二異氰酸酯，將反應溫度升高至80-100℃，繼續(xù)以100-300r/min的速度攪拌反應2-4h，形成端異氰酸酯基預聚體；

19、s2.3、將反應釜溫度降至60-80℃，加入交聯(lián)劑，以100-300r/min的速度攪拌反應1-3h；同時升高反應溫度至80-100℃，以促進交聯(lián)反應；在交聯(lián)反應開始10-20min后，加入新癸酸鉍，以加快反應速度；

20、交聯(lián)劑通過化學反應與聚氨酯分子鏈上的官能團結合，形成化學鍵合作用，使分子鏈之間產(chǎn)生連接，從而構建三維網(wǎng)狀結構，這一過程顯著增強了分子鏈間的相互作用，提高了材料的機械性能和耐久性；交聯(lián)結構使材料在受到外力沖擊時，通過分子鏈的拉伸和化學鍵的斷裂吸收更多能量，避免材料發(fā)生脆性斷裂，進而提高樹脂的韌性和抗沖擊性能；交聯(lián)后的聚氨酯樹脂形成了緊密的三維網(wǎng)絡，減少了水分子等極性物質(zhì)的滲透路徑，降低了材料的吸水率，提高了耐水性能。

21、s2.4、交聯(lián)反應完成后，將反應釜溫度降至50-70℃，加入丁基羥基茴香醚，以100-300r/min的速度攪拌15-30min，再緩慢加入木粉，以300-400r/min的速度攪拌30-60min，得到混合物;

22、s2.5、將混合物通過雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)移至儲存容器中,得到環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂。

23、作為優(yōu)選，所述s2.2中，加入六亞甲基二異氰酸酯的時間控制在15-30min。

24、作為優(yōu)選，所述s2.3中，交聯(lián)劑為三羥甲基丙烷或季戊四醇。

25、作為優(yōu)選，所述s2.5中，雙螺桿擠出機的進料溫度為50-70℃，壓縮區(qū)的溫度為80-100℃，壓力為5-20mpa。

26、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

27、1、該一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂及其制備方法中，添加琥珀酸酐能夠優(yōu)化分子鏈結構，引入柔性鏈段，從而賦予樹脂出色的柔韌性，這種柔韌性使得樹脂在承受外力時能夠有效分散應力，降低脆性，彎折和拉伸時不易斷裂；此外，琥珀酸酐參與反應后，減少了親水基團的暴露，同時使分子排列更加緊密，大幅降低了吸水率，增強了樹脂在潮濕環(huán)境下的穩(wěn)定性，延長其使用壽命。

28、2、該一種環(huán)保型無溶劑聚氨酯樹脂及其制備方法中，添加叔丁基二甲基氯硅烷，是利用其硅烷基團的疏水性，在樹脂分子表面形成疏水層，顯著降低吸水率，這使得樹脂在潮濕或水環(huán)境中能夠穩(wěn)定保持結構和性能，避免因水侵蝕導致性能劣化；此外，叔丁基二甲基氯硅烷的空間位阻效應還可以調(diào)節(jié)分子鏈間的相互作用，避免過度交聯(lián)，讓分子鏈相對自由移動，賦予樹脂良好的柔韌性，在彎曲和扭轉(zhuǎn)時不易發(fā)生脆裂。