CN101948659B - 一种水性聚氨酯树脂及其制备方法 - Google Patents

一种水性聚氨酯树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯树脂及其制备方法，该涂料包括以下组分及含量(wt％)：聚四氢呋喃醚二醇24.5～28、聚酯二元醇30～37、氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)28～37、亲水性扩链剂3～3.5、扩链剂2～10、及N-甲基吡咯烷酮(NMP)1.5～4，所述聚酯二元醇，以间苯二甲酸为主的二元酸与二元醇为基础合成，分子量为1000--2000。制备工艺包括：按照以上组分及含量((wt％)备料、原料混合加热脱水、预聚物合成、预聚物中和分散、扩链脱溶乳化等步骤。与现有技术生成的产品相比，本发明的涂料具有优良的耐高温、耐水性、耐醇性，特别是耐高温性能达到成膜后耐120度高温不变软、不发白。

Description

一种水性聚氨酯树脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯树脂及其制备方法，尤其是涉及一种耐高温水性聚氨酯树脂及其制备方法。
背景技术
水性聚氨酯以水为分散介质，具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点，符合绿色工业的发展要求，因此近年来水性聚氨酯树脂获得了广泛的关注和国内外的重视。
但因水性聚氨酯树脂的研究尚不完善，水性聚氨酯的性能还存在许多不理想的情况，比如水性聚氨酯树脂成膜后的耐高温性能、耐水性、耐醇性等还不能满足要求。本发明针对水性聚氨酯树脂的耐高温、耐水性、耐醇性等方面进行了研究。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种耐高温、耐水性、耐醇性的水性聚氨酯树脂及其制备方法，特别是其耐高温性能达到了成膜后耐120度高温不变软、不发白。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，该涂料包括以下组分及含量(wt％)：
聚四氢呋喃醚二醇        24.5～28，
聚酯二元醇              30～37，
氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)    28～37，
亲水性扩链剂            3～3.5，
扩链剂                  2.8～3.7，
所述聚酯二元醇，具有1000---2000分子量，以二元酸与二元醇为基础合成，其中二元酸以间苯二甲酸为主。
所述的聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇包括1000分子量—2000分子量。
所述的亲水性扩链剂包括二羟甲基丙酸(DMPA)。
所述的扩链剂包括异佛尔酮二胺、三羟甲基丙烷(TMP)、1，4丁二醇、1，4环己烷二甲醇，使用时选择其一或者混合使用。
所述的中和剂包括三乙胺。
所述的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮。
一种水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)备料：
按照以下组分及含量(wt％)备料：
聚四氢呋喃醚二醇           24.5～28，
聚酯二元醇                 30～37，
氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)      28～37，
亲水性扩链剂               3～3.5，
扩链剂                      2.8～3.7，
(2)原料混合、加热、脱水
量取聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇，加入扩链剂三羟甲基丙烷(TMP)，将三者搅拌均匀加热至120度，真空-0.06mpa下脱水1h，然后降温至80-95度。
(3)预聚物合成：
把氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)加入二元醇中，控制温度为80-95度，搅拌反应2h，然后加入亲水性扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、扩链剂1，4丁二醇或1，4环己烷二甲醇及少量溶剂，维持温度继续反应1-2h，再降温至60度加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮，维持温度继续反应2h，得到预聚物。
(4)预聚物中和、分散：
将预聚物的温度降至40～45度，加入中和剂三乙胺，加水强力搅拌，持续搅拌反应1h，将预聚物充分分散。
(5)扩链、脱溶、乳化：
将扩链剂异佛尔酮二胺滴加到中和后的预聚物中，搅拌后，脱出丙酮，得到水性聚氨酯工业涂料。
与现有技术相比，本发明具有如下点如下：
(1)该产品具有优良的耐高温性，成膜后在120度高温下不变软、不发白。更适应包装领域的生产工艺。
(2)耐水性好，膜于水中浸泡72h不发白，不变软，不发粘。
(3)耐醇性好，膜浸泡50％乙醇溶液中48h，不发白，不变粘。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明予以详细说明。
实施例一：一种水性聚氨酯树脂，制备方法如下：
1按照以下组分和比例进行备料：
聚酯二元醇1000分子量的50KG，(2000分子量的为100KG)，聚四氢呋喃醚二醇PTMG 1000分子量的40KG，(2000分子量的80KG)，TMP 1KG，氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)60KG，二羟甲基丙酸DMPA 5KG，1，4环己烷二甲醇6KG，或者1，4丁二醇3KG。
2原料混合、加热、脱水
量取聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇，加入扩链剂三羟甲基丙烷(TMP)，将三者搅拌均匀加热至120度，真空下脱水1h，然后降温至80-95度。
3预聚物合成：
把氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)加入二元醇中，控制温度为80-95度，搅拌反应2h，然后加入亲水性扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、扩链剂1，4丁二醇或1，4环己烷二甲醇及少量溶剂，维持温度继续反应1-2h，再降温至60度加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮，维持温度继续反应2h，得到预聚物。
4预聚物中和、分散：
将预聚物的温度降至40～45度，加入中和剂三乙胺，加水强力搅拌，持续搅拌反应1h，将预聚物充分分散。
5扩链、脱溶、乳化：
将扩链剂异佛尔酮二胺滴加到中和后的预聚物中，搅拌后，脱出丙酮，得到水性聚氨酯树脂。
实施例二：一种水性聚氨酯树脂，按如下制备方法取得：
1按照以下组分和比例进行备料：
聚酯二元醇1000分子量的60KG，(2000分子量的为120KG)，聚四氢呋喃醚二醇PTMG1000分子量的，(2000分子量的100KG)，TMP 2KG，氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)120Kq二羟甲基丙酸DMPA7.5KG，1，4环己烷二甲醇8Kq或者1，4丁二醇5KG
2原料混合、加热、脱水
量取聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇PTMG，加入扩链剂三羟甲基丙烷(TMP)，将三者搅拌均匀加热至120度，真空下脱水1h，然后降温至80-95度。
3预聚物合成：
把氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)加入二元醇中，控制温度为80-95度，搅拌反应2h，然后加入亲水性扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、扩链剂1，4丁二醇或1，4环己烷二甲醇及少量溶剂，维持温度继续反应1-2h，再降温至60度加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮，维持温度继续反应2h，得到预聚物。
4预聚物中和、分散：
将预聚物的温度降至40～45度，加入中和剂三乙胺，加水强力搅拌，持续搅拌反应1h，将预聚物充分分散。
5扩链、脱溶、乳化：
将扩链剂异佛尔酮二胺滴加到中和后的预聚物中，搅拌后，脱出丙酮，得到水性聚氨酯树脂。
实施例三：一种水性聚氨酯树脂，按如下制备方法取得：
1按照以下组分和比例进行备料：
聚酯二元醇1000分子量的70KG，(2000分子量的为140KG)，聚四氢呋喃醚二醇PTMG1000分子量的55KG，(2000分子量的110KG)，TMP 2.5KG，1，氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)95KG，二羟甲基丙酸DMPA 10KG，1，4环己烷二甲醇10KG，或者1，4丁二醇6KG。
2原料混合、加热、脱水
量取聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇PTMG，加入扩链剂三羟甲基丙烷(TMP)，将三者搅拌均匀加热至120度，真空下脱水1h，然后降温至80-95度。
3预聚物合成：
把氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)加入二元醇中，控制温度为80-95度，搅拌反应2h，然后加入亲水性扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、扩链剂1，4丁二醇或1，4环己烷二甲醇及少量溶剂，维持温度继续反应1-2h，再降温至60度加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮，维持温度继续反应2h，得到预聚物。
4预聚物中和、分散：
将预聚物的温度降至40～45度，加入中和剂三乙胺，加水强力搅拌，持续搅拌反应1h，将预聚物充分分散。
5扩链、脱溶、乳化：
将扩链剂异佛尔酮二胺滴加到中和后的预聚物中，搅拌后，脱出丙酮，得到水性聚氨酯树脂。
实施例四：一种水性聚氨酯树脂，按如下制备方法取得：
1按照以下组分和比例进行备料：
聚酯二元醇1000分子量的80KG，(2000分子量的为160KG)，聚四氢呋喃醚二醇PTMG1000分子量的60KG，(2000分子量的120KG)，TMP 3KG，1，氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)120KG，二羟甲基丙酸DMPA 15KG，1，4环己烷二甲醇12KG，或者1，4丁二醇8KG。
2原料混合加热脱水
量取聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇PTMG，加入扩链剂三羟甲基丙烷(TMP)，将三者搅拌均匀加热至120度，真空下脱水1h，然后降温至80-95度。
3预聚物合成；
把氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)加入二元醇中，控制温度为80-95度，搅拌反应2h，然后加入亲水性扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、扩链剂1，4丁二醇或1，4环己烷二甲醇及少量溶剂，维持温度继续反应1-2h，再降温至60度加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮，维持温度继续反应2h，得到预聚物。
4预聚物中和、分散：
将预聚物的温度降至40～45度，加入中和剂三乙胺，加水强力搅拌，持续搅拌反应1h，将预聚物充分分散。
5扩链、脱溶、乳化：
将扩链剂异佛尔酮二胺滴加到中和后的预聚物中，搅拌后，脱出丙酮，得到水性聚氨酯树脂。
在这些实施例中原料采用不同数量，得到的产品只是柔韧性有变化，其耐水耐醇耐高温的性能无变化，符合使用规定的技术要求。
经过测试，该产品具有优良的耐高温性，成膜后在120度高温下不变软、不发白。突破了目前现有产品100度耐高温性的限制；耐水性好，膜于水中浸泡72h不发白，不变软，不发粘。耐醇性好，膜浸泡50％乙醇溶液中48h，不发白，不变粘，具有极其优良的性能。

Claims (2)

1.一种水性聚氨酯工业涂料，其特征在于，该涂料包括以下组分及含量(wt％)：
Figure FSB00000941230200011
所述聚酯二元醇，以间苯二甲酸为主的二元酸与二元醇为基础合成，所述的聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇具有1000分子量-2000分子量；所述的亲水性扩链剂包括二羟甲基丙酸(DMPA)；所述的扩链剂包括异佛尔酮二胺、三羟甲基丙烷(TMP)、1，4环己烷二甲醇或1，4丁二醇。
2.一种水性聚氨酯工业涂料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)备料：按照以下组分及含量(wt％)备料：
Figure FSB00000941230200012
(2)原料混合、加热、脱水：
量取聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇，加入扩链剂三羟甲基丙烷(TMP)，将三者搅拌均匀加热至120度，真空下脱水1h，然后降温至80-95度；
(3)预聚物合成：
把氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)加入二元醇中，控制温度为80-95度，搅拌反应2h，然后加入亲水性扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、扩链剂1，4丁二醇或1，4环己烷二甲醇及少量溶剂，维持温度继续反应1-2h，再降温至60度加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮，维持温度继续反应2h，得到预聚物；
(4)预聚物中和、分散：
将预聚物的温度降至40～45度，加入中和剂三乙胺，加水强力搅拌，持续搅拌反应1h，将预聚物充分分散；
(5)扩链、脱溶：
将扩链剂异佛尔酮二胺溶解在水中，将扩链剂溶液滴加到中和后的预聚物中，脱出丙酮，得到水性聚氨酯树脂。
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