[发明专利]非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子材料领域，尤其涉及一种非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料及其制备方法和在涂装中的应用。

背景技术

聚氨酯在工业和生活中具有举足轻重的作用，目前聚氨酯涂料多由多异氰酸酯和多元醇反应制备，聚醚多元醇与多异氰酸酯反应生产出的聚氨酯产品可以具有高承载和高模量、改善制品的物理和机械性能、而且拓展配方的宽容度，广泛应用于生产高承载软泡、高回弹软泡及半硬泡、硬泡、整皮泡沫、微孔弹性体、粘合剂、涂料等产品。但是，在制备中使用高毒性的异氰酸酯材料，而且制备多异氰酸酯的原料光气毒性更大，这给人类的健康和环境带来危害。此外，多异氰酸酯聚氨酯在应用上也有种种局限性，如多异氰酸酯对环境中湿气敏感，与水反应生成二氧化碳气体，导致涂层气泡和封闭性降低，从而影响其耐化学介质性和装饰性；聚氨酯的主链上固有的氨基甲酸酯键耐水解性有限，从而限制了聚氨酯涂料在防腐领域的应用。

非异氰酸酯聚氨酯(Nonisocyanate Polyurethane，NIPU)不仅在制备过程中不使用高毒性和湿敏性物质的多异氰酸酯，而且从分子结构上弥补了传统聚氨酯中的弱键结构，耐化学性、耐水解性以及抗渗透性均比较优异。随着“清洁生产工艺”的提倡，非异氰酸酯聚氨酯有着广阔的应用前景，降低其生产成本，简化工艺迫在眉睫。

作为预涂金属材料，要求涂膜具有较好的附着力、机械性能、耐水性能、耐汽油性、耐盐雾等多种性能。环氧树脂和聚氨酯树脂作为两类重要的涂料基料，它们近年来发展十分迅速。环氧树脂是一类重要的热固性树脂，具有高模量、高强度和热稳定性好等优点，但因环氧树脂属于交联度很高的热固性材料，呈三维网状结构，内应力极大，固化后脆性较大、韧性不足、耐冲击性差且容易开裂，在一些应用中受到很大的限制。因此，单一的聚氨酯或环氧树脂(EP)在某些性能上难以满足应用需要，对其改性以提高性能的研究日益受到人们的重视。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料及其制备方法和在涂装中的应用，旨在解决多异氰酸酯聚氨酯污染性高和现有非异氰酸酯聚氨酯成本高给应用开发带来不便的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料，所述材料由非异氰酸酯聚氨酯和环氧树脂反应制备，所述非异氰酸酯聚氨酯的结构式为：

式中，20≥n≥4，10≥m≥1，x＝1或2。

本发明实施例的另一目的在于提供一种非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料的制备方法，所述方法包括下述步骤：

制备聚乙二醇聚丙二醇环碳酸酯；

利用所述聚乙二醇聚丙二醇环碳酸酯和多元胺反应制备非异氰酸酯聚氨酯，所述非异氰酸酯聚氨酯的结构式为：

式中，20≥n≥4，10≥m≥1，x＝1或2；

向环氧树脂溶液中加入所述的非异氰酸酯聚氨酯进行交联杂化反应，获得所述非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料在涂装中的应用。

本发明实施例的非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂是一种新型材料，在相对刚性的环氧树脂中引入相对柔性的氨基甲酸酯链段，即赋予非异氰酸酯聚氨酯材料韧性，也赋予环氧树脂材料良好的机械性能和耐热性能，符合绿色化学合成的环保要求。在制备方法中，将环碳酸酯与含有多元胺类反应，制备端氨基NIPU预聚体，再与环氧树脂反应形成互穿聚合物网络的杂化的非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂。其中，NIPU是通过环碳酸酯与脂环族伯胺反应制备，不仅在制造聚氨酯的过程中不需要使用高毒性的多异氰酸酯及相应毒性更大的光气原料，减少了对人类的健康和环境带来危害；而且，通过采用常压装置和成本较低的合成材料，可降低杂化非异氰酸酯聚氨酯的成本，更有利于工业化生产。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料的制备方法流程图；

图2是本发明实施例1非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料形成涂膜的切面扫描电镜图；

图3是本发明实施例1非异氰酸酯聚氨酯-环氧树脂材料形成涂膜的平面扫描电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。