CN102167798A - 一种水性聚氨酯固化剂和水性聚氨酯分散体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水性聚氨酯固化剂和与该水性聚氨酯固化剂搭配使用的水性聚氨酯分散体，该水性聚氨酯的原料配方，按质量百分比计，由70～73%的异佛尔酮二异氰酸酯、8～9%的聚乙二醇单丁醚、0.1～0.5%的2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚和18～21%的丙酮组成。本发明的水性聚氨酯分散体和水性聚氨酯固化剂可实现水性聚氨酯涂料的高性能，其漆膜的各项性能指标与油性类相当；同时使用IPDI二异氰酸脂提高了成漆漆膜的硬度，又由于使用水作为稀释溶剂，大大降低了有害溶剂的释放同时通过控制反应的进行，减少有害游离的单体二异氰酸脂的含量，使产品做到了低毒或无毒，是环境友好型产品。

Description

一种水性聚氨酯固化剂和水性聚氨酯分散体

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及环保型水性聚氨酯涂料，尤其涉及一种水性聚氨酯固化剂和与该水性聚氨酯固化剂搭配使用的水性聚氨酯分散体。

背景技术

木器涂料行业主要有PU聚酯漆、PE不饱和聚酯漆或硝基漆等，其中生产量最大的还是PU聚酯漆，传统生产的PU聚酯涂料基本上都是由主漆、固化剂和溶剂组成的，其中固化剂由于使用了异氰酸脂类物质生产造成产品具有毒害性，这当中以游离异氰酸单体的毒害性为最大。

现在广泛使用的油性油漆涂料是很难符合环保要求的产品，必将被符合健康、环保、安全标准的新型涂料所替代，水性木器涂料是其主要的发展方向，随着水性木器漆技术开发的提高，其性能愈来愈接近油性漆。

水性聚氨酯涂料有单组分和双组分之分。单组分水性聚氨酯分散体涂料的聚合物分子质量较大，成膜过程中一般不发生交联，具有施工方便的优点。双组分水性聚氨酯涂料由含羟基的水性树脂和含异氰酸酯基(—NCO)的固化剂组成，施工前将二者混合，成膜过程中发生交联反应，涂膜性能好。

双组份聚氨酯是由含-NCO的多异氰酸酯固化剂和含-OH的多元醇交联而成，具有成膜温度低、附着力强、耐磨性高、耐溶剂性和耐水性好等优点。

环保法规对挥发性有机化合物（VOC）排放的限制促进了低VOC含量的现代环保型涂料的发展，按照现代环保要求，聚氨酯涂料必须解决2个技术难题，一是最大限度地减少溶剂用量，降低涂料的VOC含量，即走高固体含量涂料、水性涂料和无溶剂涂料的发展方向；二是减少聚氨酯固化剂中游离的二异氰酸酯单体含量，即开发高性能无毒固化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毒性小、水溶性好且能提高漆膜硬度及物理化学性能的水性聚氨酯固化剂。

本发明的另一个目的在于提供与上述水性聚氨酯固化剂搭配使用水性聚氨酯分散体。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

一种水性聚氨酯固化剂，该水性聚氨酯的原料配方由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）           70～73%；

聚乙二醇单丁醚                       8～9%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚       0.1～0.5%；

丙酮                                 18～21%。

本发明还提供一种与上述水性聚氨酯固化剂搭配使用的水性聚氨酯分散体，该水性聚氨酯分散体的原料配方是由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）   30～32%；

甲基丙二醇                   3～5%；

二羟甲基丙酸（DMPA）       3～5%；

二甲基乙醇胺                 1～3%；

丙酮                         4～6%；

去离子水                     50～58%。

本发明人还对上述水性聚氨酯固化剂的配方进行了优化，同时也对与该水性聚氨酯固化剂搭配使用的水性聚氨酯分散体的配方进行了优化，结果如下所示：

一种水性聚氨酯固化剂，其原料配方由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）          71.6%；

聚乙二醇单丁醚                      8.2%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚       0.2%；

丙酮                                 20%。

与上述水性聚氨酯固化剂搭配使用的水性聚氨酯分散体，其原料配方是由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）   31.2%；

甲基丙二醇                   3.4%；

二羟甲基丙酸（DMPA）        3.8%；

二甲基乙醇胺                 1.6%；

丙酮                         5.0%；

去离子水                     55%。

上述水性聚氨酯固化剂的制备方法如下所示：

将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚乙二醇单丁醚和丙酮混合均匀后，搅拌状态下滴加2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚，制备得到所需水性聚氨酯固化剂。

上述水性聚氨酯分散体的制备方法如下所示：

将异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙二醇、二羟甲基丙酸和丙酮混合均匀后得到预聚物，将该预聚物分散于去离子水中，再加入二甲基乙醇胺发生扩链反应，从而制备得到所需水性聚氨酯分散体。

对于双组份的水性聚氨酯涂料来说，水性聚氨酯分散体和水性聚氨酯固化剂是影响涂料性质的核心因素，本发明人通过方案设计和实验摸索后，得到上述水性聚氨酯固化剂配方，并研究出搭配该水性聚氨酯固化剂使用的水性聚氨酯分散体。具体使用的时候，将上述水性聚氨酯固化剂和水性聚氨酯分散体搭配本领域技术人员进行水性聚氨酯涂料时常用的常规助剂，即可得到毒性小、水溶性好且能提高漆膜硬度及物理化学性能水性聚氨酯涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的水性聚氨酯分散体和水性聚氨酯固化剂可实现水性聚氨酯涂料的高性能；采用本发明的水性聚氨酯分散体和水性聚氨酯固化剂，其漆膜的各项性能指标与油性类相当；同时使用IPDI二异氰酸脂提高了成漆漆膜的硬度，又由于使用水作为稀释溶剂，大大降低了有害溶剂的释放同时通过控制反应的进行，减少有害游离的单体二异氰酸脂的含量，使产品做到了低毒或无毒，是环境友好型产品；

2.本发明首次开发出水性聚氨酯固化剂，聚氨脂固化剂因含活泼的NCO基团极易与水反应而发展困难，利用脂肪族异氰酸脂IPDI与水反应缓慢的特性；同时用DMPA在反应后保留分子链上的羧基，然后与叔胺成盐反应制得能溶入水的高分子聚合物；利用含亲水性醇醚单体与IPDI三聚体反应使聚氨酯固化剂能比较稳定地分散于水中同时使游离异氰酸单体更低（＜0.5%）。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

实施例1  水性聚氨酯固化剂

本实施例的水性聚氨酯固化剂，其原料配方由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）           70～73%；

聚乙二醇单丁醚                       8～9%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚       0.1～0.5%；

丙酮                                 18～21%。

本实施例水性聚氨酯固化剂的制备方法为：

按照上述原料配方，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚乙二醇单丁醚和丙酮混合均匀后，搅拌状态下滴加2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚，制备得到所需水性聚氨酯固化剂。

实施例2  水性聚氨酯分散体

本实施例的水性聚氨酯分散体，其原料配方是由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）   31.2%；

甲基丙二醇                   3.4%；

二羟甲基丙酸（DMPA）        3.8%；

二甲基乙醇胺                 1.6%；

丙酮                         5.0%；

去离子水                     55%。

本实施例水性聚氨酯分散体的制备方法为：

按照上述原料配方，将异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙二醇、二羟甲基丙酸和丙酮混合均匀后得到预聚物，将该预聚物分散于去离子水中，再加入二甲基乙醇胺发生扩链反应，从而制备得到所需水性聚氨酯分散体。

将实施例1制备所得水性聚氨酯固化剂和实施例2制备所得水性聚氨酯分散体搭配使用，并添加常规助剂得到水性聚氨酯涂料，对该涂料进行性能测试发现：

该水性聚氨酯涂料安全环保，漆膜硬度高、耐冲击性能好、耐磨性能好。

Claims (6)

1.一种水性聚氨酯固化剂，其特征在于该水性聚氨酯的原料配方由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯                 70～73%；

聚乙二醇单丁醚                       8～9%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚       0.1～0.5%；

丙酮                                 18～21%。

2.根据权利要求1所述一种水性聚氨酯固化剂，其特征在于所述水性聚氨酯固化剂的原料配方由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯                  71.6%；

聚乙二醇单丁醚                      8.2%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚       0.2%；

丙酮                                 20%。

3.一种权利要求1所述水性聚氨酯固化剂的制备方法，其特征在于该制备方法是将异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇单丁醚和丙酮混合均匀后，搅拌状态下滴加2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚，制备得到所需水性聚氨酯固化剂。

4.一种与权利要求1搭配使用的水性聚氨酯分散体，其特征在于该水性聚氨酯分散体的原料配方是由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯          30～32%；

甲基丙二醇                   3～5%；

二羟甲基丙酸                 3～5%；

二甲基乙醇胺                 1～3%；

丙酮                         4～6%；

去离子水                     50～58%。

5.根据权利要求4所述一种水性聚氨酯分散体，其特征在于所述水性聚氨酯分散体的原料配方由如下质量百分比的各组分组成：

异佛尔酮二异氰酸酯          31.2%；

甲基丙二醇                   3.4%；

二羟甲基丙酸                 3.8%；

二甲基乙醇胺                 1.6%；

丙酮                         5.0%；

去离子水                     55%。

6.一种权利要求4所述水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征在于该制备方法是将异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙二醇、二羟甲基丙酸和丙酮混合均匀后得到预聚物，将该预聚物分散于去离子水中，再加入二甲基乙醇胺发生扩链反应，从而制备得到所需水性聚氨酯分散体。