CN101619164A - 水性聚氨酯及其制备以及由其组成的水性涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性聚氨酯及其制备以及由其组成的水性涂料，水性聚氨酯按重量份计由聚硅氧烷改性的聚氨酯20～40重量份、有机溶剂3～7重量份、去离子水53～77重量份、有机胺类扩链剂1～3重量份、pH值调节剂适量组成；其中，所述的聚硅氧烷改性的聚氨酯的酸值范围为10～50mgKOH/g，所述的pH值调节剂控制水性聚氨酯的pH值为7～8。优点是：通过加入聚硅氧烷多元醇大幅提高水性聚氨酯的性能，组成的水性涂料具有优异的耐磨性和耐溶剂性能，同时，其各项健康安全指标符合Adidas婴幼儿用品标准要求，该标准高于欧盟A－01标准。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种水性聚氨酯及其制备以及由其组成的水性涂料，该水性涂料具有高耐磨、耐溶剂、优异健康安全性能的特点。
背景技术
随着各国环保法规的确立和人们环保意识的增强，传统的溶剂型涂料中的挥发性有机化合物(VOC)的排放愈来愈受到限制。因此，开发低污染、环保型的水性涂料已成为涂料开发的重要方向之一。水性涂料是以水为分散介质的一类涂料，具有不燃、不污染环境、节省能源等优点。水性聚氨酯产品主要用于织物、皮革和儿童玩具等，除用水替代有机溶剂有利于环境保护外，对其各项健康安全指标的要求也愈来愈高。水性聚氨酯的研究和开发虽然较早、较多，但随着时代的发展，该类产品的健康安全性和产品的性能已不能满足市场的使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有优异耐磨性能和耐溶剂性能的水性聚氨酯。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述水性聚氨酯的制备方法。
本发明所要解决的再一技术问题在于提供上述水性聚氨酯的用途，用于制备高性能、高安全性水性涂料，其各项健康安全指标均超过或满足国际和欧盟标准。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种水性聚氨酯，按重量百分比计包括以下组分：
聚硅氧烷改性的聚氨酯 20～40％
有机溶剂 3～7％
去离子水 53～77％
有机胺类扩链剂 1～3％；
其中，所述的聚硅氧烷改性的聚氨酯的酸值范围为10～50mgKOH/g，采用pH值调节剂控制水性聚氨酯的pH值为7～8。
具体的，聚硅氧烷改性的聚氨酯的含量可以为20，22，25，28，30，32，35，38或40％；
有机溶剂的含量可以为3，4，5，6或7％；
去离子水的含量可以为53，55，58，60，62，65，68，70，72，75或77％；
有机胺类扩链剂的含量可以为1，1.2，1.5，1.8，2，2.2，2.5，2.8或3％；
pH值调节剂为适量，保证水性聚氨酯的pH值控制在7，7.2，7.4，7.6，7.8或8。
在上述方案的基础上，所述聚硅氧烷改性的聚氨酯按重量百分比计包括下述组分：
聚硅氧烷多元醇 1～5％
聚酯多元醇 40～70％
异氰酸酯单体 20～50％
二羟甲基丙酸 2～8％
催化剂 0.01～0.05％，
其中，所述聚硅氧烷多元醇的分子量为1500～3000，官能度为2～4，聚酯多元醇的分子量为1500～3000。
具体的，聚硅氧烷多元醇的含量可以为1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5或5％；
聚酯多元醇的含量可以为40，45，50，55，60，65或70％；
异氰酸酯单体的含量可以为20，25，30，35，40，45或50％；
二羟甲基丙酸的含量可以为2，3，4，5，6，7或8％；
催化剂的含量可以为0.01～0.05％，
其中，所述聚硅氧烷多元醇的官能度为2～4。
在上述方案的基础上，所述的异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的一种。
在上述方案的基础上，聚硅氧烷改性的聚氨酯中，所述的催化剂为有机铋。
在上述方案的基础上，聚硅氧烷改性的聚氨酯中，所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二丙二醇二甲醚等不带羟基的水溶性有机溶剂中的一种。
在上述方案的基础上，所述的有机胺类扩链剂为乙二胺、己二胺、水合肼、异佛尔酮二胺等多元胺中的一种。
在上述方案的基础上，所述的pH值调节剂为叔胺类制品，包括三乙胺等作为中和剂。
针对上述的水性聚氨酯的制备方法，采用预聚物混合法，先将聚硅氧烷多元醇、聚酯多元醇、异氰酸酯单体、二羟甲基丙酸、催化剂按配方加入反应釜中，加入有机溶剂在60～90℃反应至完全，加入pH值调节剂中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，加入有机胺类扩链剂在10～50℃反应20～40分钟，制得水性聚氨酯。
本发明严格筛选所有反应物和添加物，控制反应物和添加物中重金属含量、甲醛含量、有机锡化合物、邻苯二甲酸酯类、(壬、辛)基酚及其醚类、多环芳烃、(五氯、四氯、邻苯基)苯酚、偶氮染料和分散性染料的含量。
针对上述的水性聚氨酯的用途，用于制备水性涂料。由本发明的水性聚氨酯组成的高性能、高安全性水性涂料，具有优异的耐磨性和耐溶剂性能，同时其各项健康安全指标符合Adidas婴幼儿用品标准要求，该标准高于欧盟A-01标准。
加入1～5％的水分散型聚异氰酸酯或氮吡啶交联剂与水性聚氨酯混合，制成水性涂料。
本发明的有益效果是：
本发明的水性聚氨酯的优异性能，通过加入聚硅氧烷多元醇大幅提高水性聚氨酯的性能，并严格控制所有反应物和添加物中重金属、甲醛、有机锡化合物等欧盟高度关注的限量物质的含量。
由本发明的水性聚氨酯制得的水性涂料具有优异的耐磨性能和耐溶剂性能，同时具有优异健康安全性能的水性涂料，其各项健康安全指标符合Adidas婴幼儿用品标准要求，该标准高于欧盟A-01标准。
具体实施方式
实施例1
水性聚氨酯按重量百分比计包括下述组分：
聚硅氧烷改性的聚氨酯，32.2％
二丙二醇二甲醚 5％
去离子水 60％
乙二胺 1.3％
三乙胺 1.5％。
其中，32.2％聚硅氧烷改性的聚氨酯配方如下：
组分 占水性聚氨酯百分比
聚硅氧烷多元醇 1％
聚酯多元醇 19％
异佛尔酮二异氰酸酯 10.19％
二羟甲基丙酸 2％
有机铋 0.01％。
聚硅氧烷多元醇的分子量为2000，聚酯多元醇的分子量为2000。
制备方法为：采用预聚物混合法，先将聚硅氧烷多元醇、聚酯多元醇、异氰酸酯单体、二羟甲基丙酸、有机铋按上述配方加入反应釜中，加入有机溶剂在60～90℃至反应完全(NCO基团被检测值不高于理论值为止)，加入三乙胺中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，加入1.5％的三乙胺调pH值至7.5，在40℃反应30分钟，制得水性聚氨酯。
实施例2
水性聚氨酯按重量百分比计为：
聚硅氧烷改性的聚氨酯，27.5％
N-甲基吡咯烷酮 4％
去离子水 65％
乙二胺 2％
三乙胺 1.5％。
其中，27.5％的聚硅氧烷改性的聚氨酯按下述配方：
组分 占水性聚氨酯百分比
聚硅氧烷多元醇 1.2％
聚酯多元醇 14.29％
二环己基甲烷二异氰酸酯 10％
二羟甲基丙酸 2％
有机铋(催化剂) 0.01％；
聚硅氧烷多元醇的分子量为2500，聚酯多元醇的分子量为2500。
制备方法同实施例1。
应用例
取实施例1制得的水性聚氨酯100重量份，加入2重量份的氮吡啶交联剂，搅拌均匀，测试结果如下：
(1)涂布后按ISO标准用Martindale方法测定的耐磨性(损坏)大于30万次。
(2)制成的涂料涂膜，并按ASTM测试方法，耐丁酮溶剂擦拭≥100次。
(3)对欧盟高度关注的限量物质按Adidas婴幼儿用品标准检测，结果如表1下：
表1
Claims (10)
1、一种水性聚氨酯，其特征在于：按重量百分比计，由以下各组分成：
聚硅氧烷改性的聚氨酯 20～40％
有机溶剂 3～7％
去离子水 53～77％
有机胺类扩链剂 1～3％；
其中，所述的聚硅氧烷改性的聚氨酯的酸值范围为10～50mgKOH/g，用pH值调节剂控制水性聚氨酯的pH值为7～8。
2、根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述聚硅氧烷改性的聚氨酯按重量百分比计包括下述组分：
聚硅氧烷多元醇 1～5％
聚酯多元醇 40～70％
异氰酸酯单体 20～50％
二羟甲基丙酸 2～8％
催化剂 0.01～0.05％，
其中，所述聚硅氧烷多元醇的分子量为1500～3000，官能度为2～4，聚酯多元醇的分子量为1500～3000。
3、根据权利要求2所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述的异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种。
4、根据权利要求2所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述的催化剂为有机铋。
5、根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二丙二醇二甲醚中的一种。
6、根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述的有机胺类扩链剂为乙二胺、己二胺、水合肼、异佛尔酮二胺中的一种。
7、根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述的pH值调节剂为三乙胺。
8、针对权利要求2至5之一所述的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：采用预聚物混合法，先将聚硅氧烷多元醇、聚酯多元醇、异氰酸酯单体、二羟甲基丙酸、催化剂按配方加入反应釜中，加入有机溶剂在60～90℃反应至完全，加入pH值调节剂中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，加入有机胺类扩链剂在10～50℃反应20～40分钟，制得水性聚氨酯。
9、针对权利要求1至7所述的水性聚氨酯的用途，用于组成水性涂料。
10、根据权利要求9所述的水性聚氨酯的用途，其特征在于：加入1～5％的水分散型聚异氰酸酯或氮吡啶交联剂与水性聚氨酯混合，制成水性涂料。
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