CN102002143B

CN102002143B - 水性聚氨酯乳液及其制备工艺

Info

Publication number: CN102002143B
Application number: CN201010529890A
Authority: CN
Inventors: 彭军; 朱国强; 毛赵国; 吴法理; 袁华龙; 吕君
Original assignee: ZHEJIANG FEIDA ZHONGKE FINE CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG FEIDA ZHONGKE FINE CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: CN102002143A

Abstract

本发明公开了一种水性聚氨酯乳液及其制备工艺，先将聚酯多元醇在120℃温度下进行真空脱水1～2h，然后降温到80℃加入异佛尔酮二异氰酸酯，再升温到90℃反应2h，再降温到80℃加入DMPA和N-甲基吡咯烷酮继续反应1h，降温到60℃，加入AS-15、1，4-丁二醇和二月桂酸二丁基锡，并加入丙酮调节粘度，反应后降温到50℃以下，再加三乙胺搅拌0.5h得到预聚体，降温到15℃以下，将15℃以下的蒸馏水高速分散到上述预聚体中5分钟，立即加入乙二胺进行扩链，高速分散0.5h，中速分散1h后，真空脱除丙酮，用氨水调节Ph到7.5后加入SC-100，搅拌均匀后过滤并包装即可。本发明具有良好的耐水性、耐醇性和硬度，以水为溶剂，减少了对石油等能源的使用，同时保护了环境。

Description

水性聚氨酯乳液及其制备工艺

【技术领域】

本发明涉及水性聚氨酯乳液合成领域，尤其涉及应用于木器上的水性聚氨酯乳液及其制备工艺。

【技术背景】

当前应用于木器涂饰上的涂料大多为油性双组分聚氨酯漆。其硬度高，光泽高，附着力好，尤其具有良好的丰满度，优异的流平性，且具有良好的性价比。但其组分中含有大量的有机溶剂，在施工中严重危害生产工人的身体健康，同时造成严重的环境污染。特别是随着全球能源的日益短缺，石油、煤炭等价格一直上扬，造成其成本逐渐增加。同时国家出于环境保护的需要，提倡低碳经济，所以出台了一系列政策法规限制油性木器漆的发展。

【发明内容】

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的问题，提出一种水性聚氨酯乳液及其制备工艺，能够减少对石油等能源的使用，并减少环境污染。

为实现上述目的，本发明专利提出了一种水性聚氨酯乳液，由以下组分组成：聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、AS-15、1，4-丁二醇、三乙胺、乙二胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二月桂酸二丁基锡、蒸馏水、氨水和SC-100。

作为优选，各组分配比按质量计为12～14份的聚酯多元醇、1.5～2.0份的二羟甲基丙酸、13～16份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.12～0.15份的AS-15、1.2～1.5份的1，4-丁二醇、1.2～1.5份的三乙胺、1.0～1.3份的乙二胺、4.0～6.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.0～2.0份的丙酮、0.1～0.2份的二月桂酸二丁基锡、60～65份的蒸馏水、12～15份的氨水和1.5～1.8份的SC-100。

作为优选，各组分配比按质量计为13份的聚酯多元醇、1.75份的二羟甲基丙酸、14.5份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.13份的AS-15、1.35份的1，4-丁二醇、1.35份的三乙胺、1.15份的乙二胺、5.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.5份的丙酮、0.15份的二月桂酸二丁基锡、62.5份的蒸馏水、13.5份的氨水和1.65份的SC-100。

作为优选，各组分配比按质量计为14份的聚酯多元醇、1.55份的二羟甲基丙酸、13.0份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.15份的AS-15、1.50份的1，4-丁二醇、1.50份的三乙胺、1.3份的乙二胺、6.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.0份的丙酮、0.10份的二月桂酸二丁基锡、61.63份的蒸馏水、14.0份的氨水和1.8份的SC-100。

作为优选，各组分配比按质量计为12份的聚酯多元醇、2.0份的二羟甲基丙酸、15.5份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.12份的AS-15、1.21份的1，4-丁二醇、1.20份的三乙胺、1.0份的乙二胺、4.0份的N-甲基吡咯烷酮、2.0份的丙酮、0.20份的二月桂酸二丁基锡、64.1份的蒸馏水、13份的氨水和1.50份的SC-100。

作为优选，所述聚酯多元醇为M＝1000的聚酯多元醇。

为实现上述目的，本发明专利还提出了一种水性聚氨酯乳液的制备工艺，先将聚酯多元醇在120℃温度下进行真空脱水1～2h，然后降温到80℃加入异佛尔酮二异氰酸酯，再升温到90℃反应2h，再降温到80℃加入DMPA和N-甲基吡咯烷酮继续反应1h，降温到60℃，加入AS-15、1，4-丁二醇和二月桂酸二丁基锡，并加入丙酮调节粘度，一直反应到异氰酸酯基团(NCO)的含量等于或略小于4.93％(质量比)时，降温到50℃以下，再加三乙胺搅拌0.5h得到预聚体，降温到15℃以下，将15℃以下的蒸馏水高速分散到上述预聚体中5分钟，立即加入乙二胺进行扩链，高速分散0.5h，中速分散1h后，真空脱除丙酮，用氨水调节Ph到7.5后加入SC-100，搅拌均匀后过滤并包装即可。

作为优选，所述高速分散是1500转/分钟，中速分散是1000转/分钟。

本发明专利的有益效果：本发明具有良好的耐水性、耐醇性和硬度，以水为溶剂，减少了对石油等能源的使用，同时保护了环境。

【具体实施方式】

实施例一：

水性聚氨酯乳液，各组分配比按质量计为13份的聚酯多元醇、1.75份的二羟甲基丙酸、14.5份的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、0.13份的AS-15、1.35份的1，4-丁二醇、1.35份的三乙胺、1.15份的乙二胺、5.0份的N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1.5份的丙酮、0.15份的二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、62.5份的蒸馏水、13.5份的氨水和1.65份的SC-100。所述聚酯多元醇为M＝1000的聚酯多元醇。所述的AS-15是进口的精制蓖麻油，带有三个-OH官能团；所述的SC-100是氮吡啶。

水性聚氨酯乳液的制备工艺，先将聚酯多元醇在120℃温度下进行真空脱水1～2h，然后降温到80℃加入异佛尔酮二异氰酸酯，再升温到90℃反应2h，再降温到80℃加入DMPA和N-甲基吡咯烷酮继续反应1h，降温到60℃，加入AS-15、1，4-丁二醇和二月桂酸二丁基锡，并加入丙酮调节粘度，一直反应到异氰酸酯基团(NCO)的含量等于或略小于4.93％(质量比)时，降温到50℃以下，再加三乙胺搅拌0.5h得到预聚体，降温到15℃以下，将15℃以下的蒸馏水高速分散到上述预聚体中5分钟，立即加入乙二胺进行扩链，高速分散0.5h，中速分散1h后，真空脱除丙酮，用氨水调节Ph到7.5后加入SC-100，搅拌均匀后过滤并包装即可。所述高速分散是1500转/分钟，中速分散是1000转/分钟。所述的DMPA是二羟甲基丙酸。

本发明是以溶剂法来生产水性聚氨酯。首先是选用特定的聚酯多元醇与IPDI在一定条件下反应至规定的-NCO值(16.78％，质量比)。然后引入亲水扩链剂DMPA。此时可以补偿少量的有机溶剂NMP。反应到规定-NCO值(10.00％，质量比)后，再加入内交联剂及小分子的二元醇来继续扩连，视反应程度，补偿一定量的丙酮调节反应体系的粘度，直到反应至规定的-NCO值(4.93％，质量比)。然后降温，加入氨水中和，再加入到水中高速分散，同时用乙二胺再次扩链。分散完毕后真空脱除丙酮，调节体系的Ph值，在加入外交联剂。该水性聚氨酯乳液的硬度≥1H，同时抗回粘温度大于60℃，且具有良好的附着力，优异的光泽。为了达到上述要求，我们采用以下方法：①多元醇是一种特制的聚酯多元醇，它具有一定的结晶性，常温下的固态，相比其他的多元醇，可以提高水性聚氨酯的硬度。②使用了内交联剂，其含有特定的-OH官能团，使聚氨酯预聚体形成了一定的支链化，改变了分子结构。③使用了外交联剂。该交联剂在一定条件下可以与整个体系稳定相处，当条件改变时，又可以与体系内的聚氨酯多子交联，形成一个巨大的网状结构的大分子团，从而提高了整个水性聚氨酯的性能。

实施例二：

水性聚氨酯乳液，各组分配比按质量计为14份的聚酯多元醇、1.55份的二羟甲基丙酸、13.0份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.15份的AS-15、1.50份的1，4-丁二醇、1.50份的三乙胺、1.3份的乙二胺、6.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.0份的丙酮、0.10份的二月桂酸二丁基锡、61.63份的蒸馏水、14.0份的氨水和1.8份的SC-100。制备工艺过程与实施例一相同。

实施例三：

水性聚氨酯乳液，各组分配比按质量计为12份的聚酯多元醇、2.0份的二羟甲基丙酸、15.5份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.12份的AS-15、1.21份的1，4-丁二醇、1.20份的三乙胺、1.0份的乙二胺、4.0份的N-甲基吡咯烷酮、2.0份的丙酮、0.20份的二月桂酸二丁基锡、64.1份的蒸馏水、13份的氨水和1.50份的SC-100。制备工艺过程与实施例一相同。

本发明的水性聚氨脂乳液主要是用于木器表面，要求有一定的光泽和硬度，同时具备耐水、耐醇、抗回粘等特点。1、光泽：要求60°光泽仪检测。大于80；2、硬度：铅笔硬度≥H；3、耐水：≥72h不发白，不起泡；4、耐醇：50酒精2h不起泡，不发白，可发软但能恢复；5、抗回粘：温度≥60℃。

按照这些要求即可以比较三种配方的优劣性：

实例一：它的各种材料的量都是经过精确计算，同时通过大量实验及客户使用证实是最优配方，各种性能都能达到或超过上述指标要求。

实例二：改变了聚酯多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯的配比。使其配方NCO/OH的数值变小。其结果是硬度，耐醇等指标增加。光泽，耐水，抗回粘等指标稍下降。

实例三：其配方中NCO/OH的数值变大，这样预聚体的粘度会变小，能够很容易的分散于水中，且光泽，耐水，抗回粘等指标增加。硬度，耐醇等稍下降。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.水性聚氨酯乳液，其特征在于：由以下组分制备而成：聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、AS-15、1,4-丁二醇、三乙胺、乙二胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二月桂酸二丁基锡、蒸馏水、氨水和SC-100，所述各组分配比按质量计为12～14份的聚酯多元醇、1.5～2.0份的二羟甲基丙酸、13～16份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.12～0.15份的AS-15、1.2～1.5份的1,4-丁二醇、1.2～1.5份的三乙胺、1.0～1.3份的乙二胺、4.0～6.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.0～2.0份的丙酮、0.1～0.2份的二月桂酸二丁基锡、60～65份的蒸馏水、12～15份的氨水和1.5～1.8份的SC-100。

2.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：各组分配比按质量计为13份的聚酯多元醇、1.75份的二羟甲基丙酸、14.5份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.13份的AS-15、1.35份的1,4-丁二醇、1.35份的三乙胺、1.15份的乙二胺、5.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.5份的丙酮、0.15份的二月桂酸二丁基锡、62.5份的蒸馏水、13.5份的氨水和1.65份的SC-100。

3.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：各组分配比按质量计为14份的聚酯多元醇、1.55份的二羟甲基丙酸、13.0份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.15份的AS-15、1.50份的1,4-丁二醇、1.50份的三乙胺、1.3份的乙二胺、6.0份的N-甲基吡咯烷酮、1.0份的丙酮、0.10份的二月桂酸二丁基锡、61.63份的蒸馏水、14.0份的氨水和1.8份的SC-100。

4.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：各组分配比按质量计为12份的聚酯多元醇、2.0份的二羟甲基丙酸、15.5份的异佛尔酮二异氰酸酯、0.12份的AS-15、1.21份的1,4-丁二醇、1.20份的三乙胺、1.0份的乙二胺、4.0份的N-甲基吡咯烷酮、2.0份的丙酮、0.20份的二月桂酸二丁基锡、64.1份的蒸馏水、13份的氨水和1.50份的SC-100。

5.如权利要求1～4中任一项所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述聚酯多元醇为M=1000的聚酯多元醇。

6.如权利要求1所述水性聚氨酯乳液的制备工艺，其特征在于：先将聚酯多元醇在120℃温度下进行真空脱水1～2h，然后降温到80℃加入异佛尔酮二异氰酸酯，再升温到90℃反应2h，再降温到80℃加入DMPA和N-甲基吡咯烷酮继续反应1h，降温到60℃，加入AS-15、1,4-丁二醇和二月桂酸二丁基锡，并加入丙酮调节粘度，一直反应到异氰酸酯基团的含量等于或略小于整体质量的4.93%时，降温到50℃以下，再加三乙胺搅拌0.5h得到预聚体，降温到15℃以下，将15℃以下的蒸馏水高速分散到上述预聚体中5分钟，立即加入乙二胺进行扩链，高速分散0.5h，中速分散1h后，真空脱除丙酮，用氨水调节pH到7.5后加入SC-100，搅拌均匀后过滤并包装即可。

7.如权利要求6所述的水性聚氨酯乳液的制备工艺，其特征在于：所述高速分散是1500转/分钟，中速分散是1000转/分钟。