一种脂肪族聚氨uv树脂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种脂肪族聚氨uv树脂及其制备方法 (Aliphatic polyurethane UV resin and preparation method thereof ) 是由 王石青 杨小梅 贺禧 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法,属于树脂合成技术领域,该脂肪族聚氨UV树脂由有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应后再与丙烯酸羟烷基酯进行封端反应而得到。其制备方法包括以下步骤：在反应釜中加入有机异氰酸酯,开启搅拌,控制反应器温度在60-95℃,然后加入聚酯多元醇进行反应；将阻聚剂、丙烯酸羟烷基酯预先混合均匀,然后将其加入反应釜,搅拌均匀后加入催化剂,当反应体系中NCO含量小于或等于0.5％时,反应结束；阻聚剂、催化剂用量均为有机异氰酸酯、聚酯多元醇、丙烯酸羟烷基酯总量的0.1％。本发明具有易分散、固含量高等优点。(The invention discloses aliphatic polyurethane UV resin and a preparation method thereof, belonging to the technical field of resin synthesis. The preparation method comprises the following steps: adding organic isocyanate into a reaction kettle, starting stirring, controlling the temperature of a reactor to be 60-95 ℃, and then adding polyester polyol for reaction; uniformly mixing a polymerization inhibitor and hydroxyalkyl acrylate in advance, adding the mixture into a reaction kettle, uniformly stirring, adding a catalyst, and finishing the reaction when the NCO content in a reaction system is less than or equal to 0.5%; the consumption of the polymerization inhibitor and the catalyst is 0.1 percent of the total amount of the organic isocyanate, the polyester polyol and the hydroxyalkyl acrylate. The invention has the advantages of easy dispersion, high solid content and the like.)
技术领域
本发明涉及树脂合成技术领域，更具体地说，它涉及一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法。
背景技术
随着环境保护法律法规的日趋完善与严格，近年来紫外光固化(UV)材料由于其环境友好和高效节能的优势，在涂料、油墨、胶黏剂等领域的应用范围越来越广。由于环境保护的严格要求，涂装生产领域很多以前使用溶剂型涂料、油墨、胶黏剂的地方逐步被环境友好且高效的紫外光固化(UV)材料所取代。
随着紫外光固化(UV)材料在取代传统溶剂型涂料的过程中，由于性能的差异，也存在许多地方需要提高和改进UV材料性能才能满足生产需要。目前报道的紫外光固化水性树脂的固含量只有30-40％，不超过50％，因为合成的聚氨酯丙烯酸酯预聚物粘度太高，无法用水分散不易形成稳定的乳液。有鉴于此，本发明提供一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法，具有易分散、固含量高等优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种脂肪族聚氨UV树脂，由有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应后再与丙烯酸羟烷基酯进行封端反应而得到。
进一步优选为：所述有机异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
进一步优选为：有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应过程中，聚酯多元醇与有机异氰酸酯摩尔比为1：(1.5-2.5)，反应温度为60-95℃。
进一步优选为：所述有机异氰酸酯与所述聚酯多元醇混合反应过程中，所述聚酯多元醇与所述有机异氰酸酯摩尔比为1：1.7，反应温度为75℃。
进一步优选为：所述聚酯多元醇为己二酸型聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇的一种或多种。
进一步优选为：所述有机异氰酸酯与所述聚酯多元醇混合反应后所得产物中所含的异氰酸酯基团与所述丙烯酸羟烷基酯所含的羟基基团摩尔比为1：(1-2)。
脂肪族聚氨UV树脂的制备方法，包括以下步骤：
在反应釜中加入有机异氰酸酯，开启搅拌，控制反应器温度在60-95℃，然后加入聚酯多元醇进行反应；将阻聚剂、丙烯酸羟烷基酯预先混合均匀，然后将其加入反应釜，搅拌均匀后加入催化剂，当反应体系中NCO含量小于或等于0.5％时，反应结束；阻聚剂、催化剂用量均为有机异氰酸酯、聚酯多元醇、丙烯酸羟烷基酯重量的0.1％。
进一步优选为：所述反应釜包括夹套、外筒、内筒、支撑筒、顶盖、刮壁机构、搅拌机构、夹紧机构、外管、内管、气缸、进料管、支撑板和柔性密封片；
所述夹套、外筒、内筒由外而内依次设置，所述顶盖固定在所述外筒顶部，所述支撑筒位于所述外筒内且上端固定在所述顶盖上，所述进料管下端依次穿过所述顶盖和所述支撑板，所述支撑筒外径小于所述内筒内径，所述支撑板位于所述支撑筒内且与所述支撑筒上下滑动配合，所述搅拌机构安装在所述支撑板上，所述气缸用于带动所述内筒、搅拌机构和支撑板上下移动，所述搅拌机构包括搅拌电机、转动轴和桨叶，所述搅拌电机安装在所述支撑板上，所述转动轴上端与所述搅拌电机输出轴连接，下端竖直插入所述内筒内，所述桨叶固定在所述转动轴轴向上；
所述刮壁机构包括限位块、插块、连接杆和刮板，所述支撑筒圆周表面设置有环槽，所述刮板上端插设在所述环槽内且与所述环槽滑动配合，下端伸入所述内筒内且与所述内筒内壁接触，所述限位块固定在所述刮板上，所述限位块底部开设有插孔，所述连接杆一端连接在所述转动轴上，另一端与所述插块连接，所述内筒向上移动过程中，所述插块将插设在所述插孔内，以使所述刮板随所述转动轴同轴转动；
所述外管位于所述内筒下方，所述外管固定在所述外筒和所述夹套上，所述外管上端位于外筒内，下端依次穿过外筒和夹套且向下延伸，所述内管插设在所述外管内且上端与所述内筒底部连接，所述内管相对两侧均开设有通孔，所述通孔处固定有用于密封所述通孔的柔性密封片，所述夹紧机构固定在所述外筒内且位于外管的相对两侧，所述夹紧机构用于穿过所述外管后插入所述通孔内，以使所述内管通过相对两侧的所述柔性密封片夹紧密封。
进一步优选为：所述夹紧机构位于所述外筒内且处于所述内筒下方，所述夹紧机构包括固定板、插柱、导向板和弹簧，所述固定板固定在所述外筒内底部，所述导向板固定在所述固定板和所述外管之间，所述插柱滑动连接在所述导向板，所述弹簧连接在所述固定板和所述插柱之间，所述插柱一端与所述弹簧连接，另一端用于穿过所述外管后从所述通孔插入所述内管中。
进一步优选为：所述反应釜通过外管管道连接有成品罐和废料桶，所述反应釜与所述成品罐连接管道上安装有第一阀门，所述反应釜与所述废料桶连接管道上安装有第二阀门；
所述废料桶上设置有滤网、搅料机构和振动机构，所述滤网为倾斜设置且固定在所述废料桶内，所述搅料机构用于搅拌所述废料桶内物料，所述振动机构安装在所述搅料机构上且用于驱动所述滤网上下振动。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明以机异氰酸酯、聚酯多元醇、丙烯酸羟烷基酯为反应物，辅以阻聚剂、催化剂，制得的脂肪族聚氨UV树脂粘度低，容易分散，不需要加入有机溶剂进行稀释，固含量高，且所得到漆膜硬度高，固化速度快，漆膜丰满度高、耐水煮性好。
附图说明
图1是实施例的结构示意图，主要用于体现反应釜的内部结构；
图2是实施例的局部剖视示意图，主要用于体现夹紧机构、外管、内管之间的配合结构；
图3是实施例的剖视示意图，主要用于体现柔性密封片的安装结构；
图4是实施例的侧视示意图，主要用于体现内管的结构；
图5是实施例的剖视示意图，主要用于体现夹紧机构的结构；
图6是实施例的局部剖视示意图，主要用于体现刮壁机构和搅拌机构的结构；
图7是实施例的剖视示意图，主要用于体现刮板的结构；
图8是实施例的剖视示意图，主要用于体现废料桶的结构；
图9是实施例的剖视示意图，主要用于体现振动机构的结构；
图10是实施例的剖视示意图，主要用于体现凸轮的连接结构。
图中，1、夹套；2、外筒；3、内筒；4、支撑筒；5、顶盖；61、限位块；62、插块；63、连接杆；64、刮板；65、插孔；66、固定部；71、搅拌电机；72、转动轴；73、桨叶；74、支撑杆；81、固定板；82、插柱；83、导向板；84、弹簧；85、锥形部；9、外管；10、内管；11、支腿；12、气缸；13、热介质进口；14、通气孔；15、进料斗；16、进料管；17、热介质出口；18、支撑板；19、支撑环；20、柔性密封片；21、通孔；22、滑槽；23、环槽；24、凸缘；25、成品罐；26、废料桶；27、涂料进入管；28、废料进入管；29、第一阀门；30、第二阀门；31、涂料出口；32、废料出口；33、杂质出口；34、滤网；351、搅料电机；352、主轴；353、搅拌桨；361、蜗杆；362、蜗轮；363、转轴；364、凸轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法，脂肪族聚氨UV树脂由有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应后再与丙烯酸羟烷基酯进行封端反应而得到。
优选的，有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应所得产物再与丙烯酸羟烷基酯反应时，加入阻聚剂和催化剂，阻聚剂、催化剂用量均为有机异氰酸酯、聚酯多元醇、丙烯酸羟烷基酯总量的0.1％。
优选的，阻聚剂为对羟基苯甲醚、2,6-二叔丁基对甲酚中的一种或两种。具体的，在本实施例中，阻聚剂为对羟基苯甲醚。
优选的，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
优选的，有机异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。具体的，在本实施例中，有机异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
优选的，有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应过程中，聚酯多元醇与有机异氰酸酯摩尔比为1：1.7，反应温度为75℃。
优选的，聚酯多元醇为己二酸型聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇的一种或多种。具体的，在本实施例中，聚酯多元醇为己二酸型聚酯多元醇。
优选的，有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应后所得产物中所含的异氰酸酯基团与丙烯酸羟烷基酯所含的羟基基团摩尔比为1：2。
脂肪族聚氨UV树脂的制备方法，包括以下步骤：
在反应釜中加入有机异氰酸酯，开启搅拌，控制反应器温度在75℃，然后加入聚酯多元醇进行反应，直至反应体系NCO含量达到理论值的±0.8％；将阻聚剂、丙烯酸羟烷基酯预先混合均匀，然后将其加入反应釜，搅拌均匀后加入催化剂，当反应体系中NCO含量小于或等于0.5％时，反应结束；阻聚剂、催化剂用量均为有机异氰酸酯、聚酯多元醇、丙烯酸羟烷基酯总量的0.1％。
在上述技术方案中，本发明以机异氰酸酯、聚酯多元醇、丙烯酸羟烷基酯为反应物，辅以阻聚剂、催化剂，制得的脂肪族聚氨UV树脂粘度低，容易分散，不需要加入有机溶剂进行稀释，固含量高，且所得到漆膜硬度高，固化速度快，漆膜丰满度高、耐水煮性好。
参照图1-7，反应釜包括夹套1、外筒2、内筒3、支撑筒4、顶盖5、刮壁机构、搅拌机构、夹紧机构、外管9、内管10、气缸12、进料管16、支腿11、支撑板18和柔性密封片20。夹套1、外筒2、内筒3由外而内依次设置，外筒2、内筒3均为圆筒状，外筒2内径与内筒3外径相同，内筒3用于储放物料。支腿11固定在夹套1底部的相对两侧，以使反应釜整体支撑在地面或基础平面。夹套1包覆在外筒2表面，夹套1上设置有用于加热介质进入和流出的热介质进口13和热介质出口17。热介质进口13位于夹套1下部一侧，热介质出口17位于夹套1上部一侧，热介质为高温气体或蒸汽。顶盖5固定在外筒2顶部，支撑筒4位于外筒2内且上端固定在顶盖5上，支撑筒4外径小于内筒3内径，支撑筒4、外筒2和内筒3中心轴均处于同一竖直线上。进料管16上端连接有进料斗15，下端依次穿过顶盖5和支撑板18，进料斗15位于顶盖5上方。
参照图1-7，支撑板18位于支撑筒4内且与支撑筒4上下滑动配合，优选的，套筒内壁的相对两侧均设置有滑槽22，滑槽22为竖直设置，支撑板18嵌在滑槽22内且与滑槽22上下滑动配合。支撑筒4底部设置有一圈用于支撑支撑板18的凸缘24，以防止支撑板18向下脱离支撑筒4。搅拌机构安装在支撑板18上，气缸12用于带动内筒3、搅拌机构和支撑板18上下移动，以使内筒3上移到外筒2和支撑筒4之间，支撑板18在支撑筒4内上下移动。搅拌机构包括搅拌电机71、转动轴72、桨叶73和支撑杆74。搅拌电机71位于支撑筒4内且安装在支撑板18顶部中心，转动轴72上端与搅拌电机71输出轴连接，下端竖直插入内筒3内。桨叶73位于内筒3内且固定在转动轴72轴向上，桨叶73为斜叶式桨叶73。支撑杆74设置有两个，两个支撑杆74分别对称设置在转动轴72的下端两侧，支撑杆74上端与转动轴72固定，下端向远离转动轴72方向延伸。内筒3内底面设置有一圈凹槽，凹槽中心位于转动轴72、内筒3轴线上，支撑杆74下端插设在凹槽内且与凹槽滑动。
参照图1-7，刮壁机构包括限位块61、插块62、连接杆63和刮板64。支撑筒4圆周表面设置有一圈环槽23，环槽23圆心位于支撑筒4中心轴的轴线上。刮板64位于支撑筒4与外筒2之间，刮板64上端一体设置有固定部66，固定部66插设在环槽23内且与环槽23滑动配合，刮板64下端伸入内筒3内且与内筒3侧壁上方接触。限位块61固定在刮板64上，限位块61底部开设有用于插块62向上插入的插孔65，连接杆63一端连接在转动轴72上，另一端与插块62连接。内筒3向上移动过程中，插块62将插设在插孔65内，以使刮板64随转动轴72同轴转动。优选的，刮板64靠近内筒3内壁一侧为弧形且弧度与内筒3内表面相适配，以使刮板64与内筒3内壁紧密贴合。刮板64沿其转动方向的前侧为斜面，以便刮除反应釜内的物料。
参照图1-7，外管9位于内筒3下方且固定在外筒2和夹套1上，外管9上端位于外筒2内，下端依次穿过外筒2和夹套1且向下竖直延伸，内管10插设在外管9内且上端与内筒3底部中心连接。内筒3内底面向下凹陷呈椭圆状，内筒3内壁固定有一圈用于支撑内筒3的支撑环19，支撑环19位于内筒3下方。外筒2侧壁和底部均开设有用于连通内筒3和外筒2的通气孔14，通气孔14位于支撑环19下方。通气孔14的设置，使得内筒3下方布满热介质，以使内筒3受热均匀。内管10相对两侧均开设有圆形通孔21，通孔21处固定有用于密封通孔21的柔性密封片20，柔性密封片20具有较好弹性，且最好是由硅胶、柔性橡胶等材质制成。内管10相对两侧的两个柔性密封片20均为弧形且均向内管10内部凹陷。外管9顶面的水平高度与支撑环19顶面的水平高度相同，内管10外径与外管9内径相同。
参照图1-7，外筒2与通孔21对应处开设有穿孔，夹紧机构固定在外筒2内且位于外管9相对两侧的外部，夹紧机构用于从外管9两侧穿过外管9后插入通孔21内，以使内管10通过相对两侧的柔性密封片20夹紧密封。夹紧机构位于外筒2内且处于内筒3下方，夹紧机构包括固定板81、插柱82、导向板83和弹簧84。固定板81固定在外筒2内底部，导向板83固定在固定板81和外管9之间，插柱82滑动连接在导向板83，具体的，插柱82沿固定板81和外管9的连线方向滑动。弹簧84一端与固定板81固定，另一端与插柱82固定，插柱82一端与弹簧84连接，另一端用于穿过外管9的穿孔后从通孔21插入内管10中，以使两个柔性密封片20通过两侧的插柱82夹紧，从而密封内管10。插柱82在远离弹簧84一侧设置有用于与柔性密封片20接触的锥形部85，以使内管10在外管9内上下移动时，插柱82能向弹簧84方向移动，从而打开内管10，便于物料通过内管10和外管9流出。气缸12安装在夹套1下方，气缸12包括活塞杆，气缸12活塞杆由下往上伸入外筒2内，气缸12活塞杆上端与内筒3底部固定。
在上述技术方案中，物料在反应釜中反应完全后，反应釜内壁将粘附有较多的物料，如此不仅会使得反应釜清理麻烦，还有导致排出物料量变少，质量损失较多；另外，传统反应釜出口一般都是通过堵头和手动阀门来控制物料的排出，堵头密封不仅易漏易脱，而且需要人工打开和关闭，操作较麻烦，而手动阀门控制也需人工打开和关闭。为克服这一缺陷，本发明设计了一种新型的反应釜，可自动下料，且在下料过程中可以进行刮壁，以使反应釜内壁粘附的物料能在下料过程中随物料自动排出，减少质量损失，由于物料本身具有一定粘度，因此物料刮除时，反应釜内壁物料能轻松排出。
使用过程及原理：物料反应完全需要下料时，气缸12启动，此时内筒3、内管10、支撑板18、搅拌电机71、转动轴72、桨叶73、插块62和连接杆63将向上移动，内管10上移过程中，插柱82将向弹簧84方向移动，从而脱离通孔21，此时内管10被打开，内筒3内的物料将通过内管10、外管9向外排出。随着插块62和连接杆63的上移，插块62将插设在插孔65内，此时刮板64下端将与内筒3内底面靠近，气缸12停止运行，同时搅拌电机71开启，以使插块62、连接杆63、限位块61、刮板64等随转动轴72同轴转动，刮板64在内筒3内壁转动过程中，粘附在内筒3内壁的物料将被刮下来，以使粘附在内筒3内壁的物料也能通过内管10排出，减少物料残留，避免物料损失较大。
参照图1-10，外管9上分别连接有涂料进入管27和废料进入管28，反应釜通过涂料进入管27与成品罐25连接，且通过废料进入管28与废料桶26连接。涂料进入管27上安装有第一阀门29，废料进入管28上安装有第二阀门30，在步骤S2中，当脂肪族聚氨UV树脂检测合格，则第一阀门29打开，第二阀门30关闭，以使合格脂肪族聚氨UV树脂进入成品罐25储存；当脂肪族聚氨UV树脂检测不合格，即制得的脂肪族聚氨UV树脂不符合所需脂肪族聚氨UV树脂各项指标(固含量、粘度等)时，则第二阀门30打开，第一阀门29关闭，以使合格脂肪族聚氨UV树脂进入废料桶26储存。除此之外，当反应釜需要清洗时，反应釜内的物料也可通过废料进入管28进入废料桶26内收集。
参照图1-10，废料桶26上设置有滤网34、搅料机构和振动机构。滤网34为倾斜设置且固定在废料桶26内，废料进入管28与废料桶26上部一侧连接，且废料进入管28与废料桶26连接处位于滤网34水平高度较高一侧的上方。搅料机构用于搅拌废料桶26内物料，具体的，搅料机构包括搅料电机351、主轴352和搅拌桨353。搅料电机351安装在废料桶26顶部上方，主轴352为竖直设置且上端与搅料电机351输出轴固定，下端伸入废料桶26且向下穿过滤网34。搅拌桨353固定在主轴352上且用于搅拌废料桶26内物料，以免物料凝结成块，搅拌桨353为斜叶式桨叶且位于滤网34下方。成品罐25下部一侧设置有涂料出口31，废料桶26下部一侧设置有废料出口32，废料桶26侧部还设置有杂质出口33，杂质出口33位于滤网34水平高度的最低一侧。
在上述技术方案中，由于废料中可能存在凝结块、固体颗粒等，因此本发明在废料桶26内设置有倾斜状的滤网34。废料进入废料桶26后，先通过滤网34过滤，以使凝结块、固体颗粒等通过杂质出口33排出。为防止废料在废料桶26中凝结，本发明还设置了搅料机构，当搅料电机351启动时，主轴352将带动搅拌桨353转动，从而能对废料进行搅拌。
参照图1-10，振动机构安装在搅料机构上且用于驱动滤网34上下振动，振动机构位于滤网34下方，优选的，振动机构包括蜗杆361、蜗轮362、转轴363和凸轮364。蜗杆361固定在主轴352上，且蜗杆361中心轴与主轴352中心轴处于同一竖直线上。蜗轮362位于蜗杆361一侧且与蜗杆361啮合设置，转轴363为水平设置且两端分别插设在废料桶26内壁，以使转轴363与废料桶26转动配合。蜗轮362套在转轴363上且与转轴363固定连接，以使转轴363随蜗轮362同轴转动，凸轮364设置有多个，多个凸轮364沿转轴363轴向上排布。凸轮364为圆盘凸轮且位于滤网34下方，凸轮364周向方向的弧面与滤网34底面接触。
在上述技术方案中，搅料电机351启动时，主轴352将带动搅拌桨353、蜗杆361转动，由于蜗杆361与蜗轮362啮合，因此蜗杆361转动时，蜗轮362将带动转轴363、凸轮364同步转动，由于凸轮364周向方向的弧面与滤网34底面接触，因此凸轮364转动过程中，滤网34将上下振动，以提高过滤效果，减少滤网34堵塞。
实施例2：一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法，与实施例1的区别在于，阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲酚；有机异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；聚酯多元醇为聚碳酸酯多元醇；有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应后所得产物中所含的异氰酸酯基团与丙烯酸羟烷基酯所含的羟基基团摩尔比为1：1；有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应过程中，聚酯多元醇与有机异氰酸酯摩尔比为1：2.5，反应温度为95℃。
实施例3：一种脂肪族聚氨UV树脂及其制备方法，与实施例1的区别在于，有机异氰酸酯与聚酯多元醇混合反应过程中，聚酯多元醇与有机异氰酸酯摩尔比为1：1.5，反应温度为60℃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。