一种水溶性PAI树脂及其制备方法和应用与流程

一种水溶性pai树脂及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及一种水溶性pai树脂及其制备方法和应用，涉及c09d，具体涉及涂料组分领域。


背景技术：

2.pai(聚酰胺-酰亚胺)树脂是一种重要的改性聚合材料，可以作为高温环境中的成膜物质，现有的制备方法以极性非质子溶剂作为分散溶剂，采用一步合成法制备得到，常用的极性非质子溶剂为氮甲基吡络烷酮，其对皮肤具有轻微刺激性，一次性吸入的危险性小，但是具有慢性毒性，会对人中枢神经系统造成损伤，尤其是对于工厂化生产的工人，对身体的伤害性较大。现有的聚酰胺-酰亚胺树脂在使用时先制成预聚物，涂装施工后高温下成膜，或者在水中沉淀，水洗除酸，干燥制成粉末，使用前用极性溶剂溶解，调整合适后使用，使用工序步骤复杂，使用不便。
3.中国发明专利cn202110070005.1公开了一种钛基高分子合金耐高温防腐涂料及其制备方法，涂料的原料中包括钛基高分子合金共聚物，是由酰亚胺类树脂和n-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺等制备得到的，制备的涂料具有优良的耐高温和耐腐蚀性能，但是使用的原料n-甲基吡咯烷酮具有低毒性，会危害长期生产加工的工人的身体健康。中国发明专利cn202210622532.3公开了一种锂电池生产胶辊用涂料及其制备方法，以聚氨基甲酸酯树脂，改性环氧树脂，改性酚醛树脂，石墨烯等为原料制备涂料，得到的锂电池用涂料，提高了硬度，不易老化变形，并且韧性、耐高温性和耐磨性都有了显著提高。但是制备原料复杂，制备工艺繁琐。


技术实现要素：

4.为了提高pai树脂的耐高温性能，使其应用于涂料领域中，本发明的第一个方面提供了一种水溶性pai树脂，制备原料以重量份计包括：异氰酸酯150-160份，偏苯酸酐120-130份，n-甲酰吗啉490-500份，有机溶剂25-30份，水溶分散剂30-35份，叔胺70-80份，去离子水120-130份。
5.作为一种优选的实施方式，所述异氰酸酯为二异氰酸酯，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的组合。
6.作为一种优选的实施方式，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
7.作为一种优选的实施方式，所述有机溶剂为极性非质子溶剂，选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、3-甲基-n-n二甲基丙酰胺、n,n-二乙基甲酰胺、polarclean(非质子极性绿色溶剂)中的一种或几种的组合。
8.作为一种优选的实施方式，所述有机溶剂选自n,n-二乙基甲酰胺或polarclean中的一种。
9.申请人在实验过程中发现采用n-甲酰吗啉和n,n-二乙基甲酰胺的双溶剂组合，制备聚酰亚胺树脂可以提高聚酰亚胺树脂的聚合速率，制备的聚酰亚胺树脂具有耐高温的性
能，可以应用于不粘锅的涂层上。猜测可能的原因是：在n-甲酰吗啉和n,n-二乙基甲酰胺的双溶剂组合中，二苯基甲烷二异氰酸酯和偏苯三酸苷具有良好的分散性，相较于传统的溶剂，n,n-二乙基甲酰胺的分子结构较小，反应物在分散时分散阻力较小，可以使反应的基团准确快速的结合反应，减少了预聚合反应的步骤。传统溶剂中为了防止反应物生成小分子量的聚合物，需要进行预聚合反应，防止小分子量的树脂提前反应，干扰聚酰亚胺的后期聚合。
10.作为一种优选的实施方式，所述叔胺选自n,n二甲基苯胺、三甲胺、n,n二甲基对甲苯胺、n,n二羟乙基对甲苯胺、n-甲基-n羟乙基对甲苯胺、三乙胺、三丁基胺中的一种或几种的组合。
11.作为一种优选的实施方式，所述叔胺为n,n二羟乙基对甲苯胺。
12.作为一种优选的实施方式，所述水溶分散剂选自糠醇、苄醇、环己酮、乳酸乙酯、苯甲酸乙酯中的一种或几种的组合。
13.作为一种优选的实施方式，所述水溶分散剂为糠醇。
14.本发明的第二个方面提供了一种水溶性pai树脂的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)将异氰酸酯，偏苯酸酐，n-甲酰吗啉和有机溶剂装入反应釜中，加热保温反应；
16.(2)补加偏苯酸酐，继续反应；
17.(3)降温，加入叔胺反应；
18.(4)继续降温，加入水溶分散剂和去离子水，保温搅拌反应，冷却至室温，得到水溶性pai树脂。
19.作为一种优选的实施方式，所述步骤1中反应温度为120-180℃，反应时间为6-12h。
20.申请人进一步发现，采用120-180℃的反应温度，进行聚合反应，可以使制备的聚酰亚胺树脂具有良好的耐高温性能，原因可能是：进行一步聚合反应可以形成高分子量的聚酰亚胺树脂，提高了聚合效率，改善了耐高温效果。
21.作为一种优选的实施方式，所述步骤3中反应温度为100-120℃，反应时间为2-5h。
22.作为一种优选的实施方式，所述步骤4中反应温度为80-100℃，反应时间为1-3h。
23.本发明的第二个方面提供了一种所述水溶性pai树脂的应用，应用于涂料中，所述涂料的基材为金属。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.(1)本发明所述水溶性pai树脂，采用n-甲酰吗啉和n,n-二乙基甲酰胺的双溶剂组合，制备聚酰亚胺树脂可以提高聚酰亚胺树脂的聚合速率，缩短了反应时间，降低了成本，制备的聚酰亚胺树脂，闪点较高，具有耐高温的性能，可以应用于不粘锅的涂层上。
26.(2)本发明所述水溶性pai树脂，通过引入糠醇在80-100℃下发生反应，得到ph为8.5-10的pai树脂，为红棕色液体，提高了pai树脂的水溶效果，制备的聚酰胺-酰亚胺树脂溶液可以直接应用于涂料中，使用方便。
27.(3)本发明所述水溶性pai树脂的制备方法，采用120-180℃的聚合反应温度，减少了预聚合反应的阶段，提高了制备生产的效率，并且制备的pai树脂具有合适的比重，粘度和固含量，适合于涂料的涂布。
28.(4)本发明所述水溶性pai树脂，采用低毒性环保溶剂合成，减少了生产过程对环
境和人体健康的影响。
附图说明
29.图1、图2为实施例1制备的水溶性pai树脂；
30.图3、图4为实施例2制备的水溶性pai树脂；
31.图5、图6为实施例3制备的水溶性pai树脂；
32.图7、图8为实施例4制备的水溶性pai树脂。
具体实施方式
33.实施例1
34.一种水溶性pai树脂，制备原料以重量份计包括：二苯基甲烷二异氰酸酯157.92份，偏苯三酸酐125.16份，n-甲酰吗啉495.73份，n,n-二乙基甲酰胺26.09份，糠醇30.27份，n,n二羟乙基对甲苯胺78.02份，去离子水122.09份。
35.一种水溶性pai树脂的制备方法，包括以下步骤：
36.(1)将二苯基甲烷二异氰酸酯，121.42份偏苯三酸酐，n-甲酰吗啉和n,n-二乙基甲酰胺装入反应釜中，加热保温反应；
37.(2)补加2.13份偏苯三酸酐，继续反应；
38.(3)降温，加入n,n二羟乙基对甲苯胺反应；
39.(4)继续降温，加入糠醇和去离子水，保温搅拌反应，冷却至25℃，得到水溶性pai树脂。
40.所述步骤1中反应温度为160℃，反应时间为8h。
41.所述步骤3中反应温度为110℃，反应时间为3h。
42.所述步骤4中反应温度为90℃，反应时间为2h。
43.实施例2
44.一种水溶性pai树脂，制备原料以重量份计包括：二苯基甲烷二异氰酸酯158.15份，偏苯三酸酐123.55份，n-甲酰吗啉497.44份，polarclean 26.89份，糠醇32.63份，三甲胺79.15份，去离子水125.55份。polarclean购自solvay。
45.一种水溶性pai树脂的制备方法，包括以下步骤：
46.(1)将二苯基甲烷二异氰酸酯，121.42份偏苯三酸酐，n-甲酰吗啉和polarclean装入反应釜中，加热保温反应；
47.(2)补加2.13份偏苯三酸酐，继续反应；
48.(3)降温，加入三甲胺反应；
49.(4)继续降温，加入糠醇和去离子水，保温搅拌反应，冷却至25℃，得到水溶性pai树脂。
50.所述步骤1中反应温度为175℃，反应时间为7h。
51.所述步骤3中反应温度为120℃，反应时间为2.5h。
52.所述步骤4中反应温度为95℃，反应时间为2h。
53.实施例3
54.一种水溶性pai树脂及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于制备原料中
有机溶剂由n,n-二乙基甲酰胺替换为3-甲基-n-n二甲基丙酰胺。
55.实施例4
56.一种水溶性pai树脂及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于所述水溶分散剂由糠醇替换为乙酸甲酯。
57.实施例5
58.一种水溶性pai树脂及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于制备原料以重量份计包括：二苯基甲烷二异氰酸酯157.92份，偏苯三酸酐125.16份，n-甲酰吗啉234.81份，n,n-二乙基甲酰胺26.09份，糠醇30.27份，n,n二羟乙基对甲苯胺78.02份，去离子水122.09份。
59.性能测试
60.将实施例1-5制备的水溶性pai树脂进行性能测试。
61.1.固含量：参考gb/t 7193.3-1987标准测试涂料的固含量。
62.2.粘度：在25℃下，使用brookfield dv2t粘度计，63#转子，17rmp,15s测试粘度。
63.3.ph：使用ph仪测试ph。
64.4.外观：目视。
65.测试结果见表1。
66.表1
67.固含量/％粘度/cpsph值外观实施例124.9518709.85红棕色透明溶液实施例224.7227329.35红棕色透明溶液实施例324.57190510.07红棕色透明溶液实施例424.9237559.87红棕色透明溶液实施例524.6016589.54红棕色透明溶液

技术特征：
1.一种水溶性pai树脂，其特征在于，制备原料以重量份计包括：异氰酸酯150-160份，偏苯酸酐120-130份，n-甲酰吗啉490-500份，有机溶剂25-30份，水溶分散剂30-35份，叔胺70-80份，去离子水120-130份。2.根据权利要求1所述水溶性pai树脂，其特征在于，所述异氰酸酯为二异氰酸酯，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述水溶性pai树脂，其特征在于，所述有机溶剂为极性非质子溶剂，选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、3-甲基-n-n二甲基丙酰胺、n,n-二乙基甲酰胺、polarclean中的一种或几种的组合。4.根据权利要求1所述水溶性pai树脂，其特征在于，所述叔胺选自n,n二甲基苯胺、三甲胺、n,n二甲基对甲苯胺、n,n二羟乙基对甲苯胺、n-甲基-n羟乙基对甲苯胺、三乙胺、三丁基胺中的一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述水溶性pai树脂，其特征在于，所述水溶分散剂选自糠醇、苄醇、环己酮、乳酸乙酯、苯甲酸乙酯中的一种或几种的组合。6.一种根据权利要求1-5任一项所述水溶性pai树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将异氰酸酯，偏苯酸酐，n-甲酰吗啉和有机溶剂装入反应釜中，加热保温反应；(2)补加偏苯酸酐，继续反应；(3)降温，加入叔胺反应；(4)继续降温，加入水溶分散剂和去离子水，保温搅拌反应，冷却至室温，得到水溶性pai树脂。7.根据权利要求7所述水溶性pai树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中反应温度为120-180℃，反应时间为6-12h。8.根据权利要求7所述水溶性pai树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中反应温度为100-120℃，反应时间为2-5h。9.根据权利要求8所述水溶性pai树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中反应温度为80-100℃，反应时间为1-3h。10.一种根据权利要求1-5任一项所述水溶性pai树脂的应用，其特征在于，权利要求书应用于涂料中，所述涂料的基材为金属。

技术总结
本发明公开了一种水溶性PAI树脂，制备原料以重量份计包括：异氰酸酯150-160份，偏苯酸酐120-130份，N-甲酰吗啉490-500份，有机溶剂25-30份，水溶分散剂30-35份，叔胺70-80份，去离子水120-130份。本发明采用N-甲酰吗啉和N,N-二乙基甲酰胺的双溶剂组合，制备聚酰亚胺树脂可以提高聚酰亚胺树脂的聚合速率，缩短了反应时间，降低了成本，制备的聚酰亚胺树脂具有耐高温的性能，可以应用于不粘锅的涂层上。并且通过引入糠醇在80-100℃下发生反应，提高了PAI树脂的水溶效果，制备的聚酰胺-酰亚胺树脂溶液可以直接应用于涂料中，使用方便。使用方便。


技术研发人员：陈凯 卢桂峰
受保护的技术使用者：开封夸克新材料有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/15