CN103130977A - 一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体及其制备方法，（1）将低聚物多元醇、亲水性扩链剂真空状态下干燥8小时以上。（2）加入低聚物多元醇和催化剂，按比例加入多异氰酸酯，在65～95℃下采用逐步升温方式，反应至-NCO基达到理论值，得到聚氨酯预聚体。（3）向上述聚氨酯预聚体中加入亲水性扩链剂、小分子二元醇扩链剂和交联剂，反应数小时，使-NCO基含量达理论终点，得到含羟基的聚氨酯预聚体。（4）将上述含羟基的聚氨酯预聚体温度降至45℃，加中和剂搅拌30min以上，然后将至室温，加入去离子水进行高速乳化。由所得到的聚氨酯多元醇分散体配制的双组份水性木器漆，涂膜性能好，具有优异的力学性能、耐水性、耐黄变性以及高的硬度。

Description

一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯多元醇分散体及其制备方法，具体涉及一种由脂环族异氰酸酯合成的聚氨酯多元醇分散体及其制备方法。

背景技术

聚氨酯具有强度高，耐磨性好，附着力强，耐化学品性好，耐高温性强，光泽度好等优点，广泛应用在涂料、胶黏剂、水性皮革涂饰剂、织物整理剂等方面。在合成涂料方向，水性聚氨酯涂料的最大优势在于大大降低了有机挥发性溶剂(VOC)的用量或基本上消除了有机溶剂，具有耐低温性好、附着力强、不燃、无毒、无环境污染、节约能源等优点。

水性聚氨酯按使用形式分为单组份和双组份水性聚氨酯。单组份水性聚氨酯施工方便，但是在耐水性、耐磨性、耐化学品，硬度等方面与传统溶剂型聚氨酯相比仍有不足。双组分水性聚氨酯涂料是由含-OH基的水性多元醇和含-NCO基的低粘度多异氰酸酯固化剂组成，它将双组分溶剂型聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量相结合，成为涂料工业的研究热点。具有成膜温度低，附着力强、耐磨性好、硬度大、耐化学品性好、耐水性好等优越性能。

关于水性聚氨酯的研究主要集中在单组份水性聚氨酯体系。直到目前，体系的研究尚处在起步阶段。虽然有少量双组份水性聚氨酯问世，但远远不能满足市场对产品性能的需求。

韦春雨和高文先等【中国专利，CN1278539A，羟基聚氨酯水分散体及其组成的水性双组份聚氨酯涂料】提供了一种羟基聚氨酯水分散体及其制造工艺，由高度支化的羟基封端聚氨酯、非离子表面活性剂、去离子水、PH值调节剂配制而成，水分散体的PH值为7-8。所述聚氨酯涂料的硬度高，耐黄变，但在耐水性、耐热性、力学性能方面稍显不足且成本较高。

骆卫平等【中国专利，CN101519567SA，水性聚氨酯木器漆】提供了一种水性聚氨酯木器漆的合成方法。由聚醚二元醇和甲苯二异氰酸酯合成预聚体，加入二羟甲基丙酸，三羟甲基丙烷，一缩二乙二醇和丙酮进行降粘-扩链反应，再加三乙胺中和，最后加无离子水分散乳化。该发明提供的水性聚氨酯木器漆附着力强、成本低，但是在耐黄变、硬度、力学性能和耐水性等方面存在不足。

张发爱等【中国专利，CN1557892A，一种水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法】提供一种含羟基丙烯酸酯乳液，且其与亲水改性多异氰酸酯配合使用的水性双组份聚氨酯涂料及其制备方法。该发明提供的水性聚氨酯涂料硬度高，耐水性好，无污染，但是制作工艺相对复杂，成本相对较高。

发明内容

本发明旨在改进现有技术的不足，提供一种由脂环族异氰酸酯合成的聚氨酯多元醇分散体及其制备方法。分散体配制成一种双组分水性木器漆，可替代传统溶剂型聚氨酯涂料和单组份水性聚氨酯。

本发明所涉及的聚氨酯多元醇分散体，其原料重量份数如下：

分子量600～2000的低聚物二元醇   45～70；

多异氰酸酯                      17～35；

催化剂                          1～2；

亲水性扩链剂                    4～7；

小分子扩链剂                    3～6；

交联剂                          2～4；

中和剂                          2～5；

配方中所述多异氰酸酯与低聚物二元醇用量需满足：多异氰酸酯基（-NCO）与羟基（-OH）的比例R=1.5～3。

配方中所述低聚物二元醇为聚氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇等中的一种。

配方中所述多异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯等中的一种。

配方中所述亲水性扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟基半酯、乙二氨基乙磺酸钠、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺等中的一种。

配方中所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、三乙烯二胺、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙胺等中的一种。

配方中所述小分子扩链剂为乙二醇、1，4-丁二醇、一缩二乙二醇、甲基丙二醇、1，2-丙二醇等中的一种。

配方中所述交联剂为三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、聚丙烯酸酯多元醇等中的一种。

配方中所述中和剂为三乙胺、盐酸、醋酸、环氧丙烷等中的一种。

本发明所述一种用于双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体的制备方法如下：

（1）低聚物多元醇、亲水性扩链剂使用前的处理：将低聚物多元醇、亲水性扩链剂在110℃，0.1MPa下，真空状态下干燥8小时以上。

（2）聚氨酯预聚体的制备：在装有搅拌装置、回流冷凝管和温度计的四口烧瓶中加入低聚物多元醇和催化剂，采用滴加的方式按比例加入多异氰酸酯，在65～95℃下采用逐步升温方式，反应至-NCO基达到理论值，得到聚氨酯预聚体。

（3）聚氨酯预聚体的扩链：按比例向步骤（2）的聚氨酯预聚体中加入亲水性扩链剂、小分子扩链剂和交联剂。反应数小时，使-NCO基含量达理论终点，得到含羟基的聚氨酯预聚体。

（4）聚氨酯预聚体的中和：将温度降至45℃，然后按比例向步骤（3）的含羟基的聚氨酯预聚体中加入中和剂，使其PH值为7。

（5）聚氨酯预聚体分散体的制备：降至室温，从烧瓶中取出预聚体，以2500～3500r/min的速度在高速分散机下分散15～25分钟，得到含羟基的聚氨酯预聚体分散体。水的含量为使该聚氨酯预聚体分散体的固含量为35～40%。

本发明的优势在于：

（1）直接采用低聚物多元醇和脂环族聚氨酯进行预聚，加入亲水性扩链剂对预聚物扩链，再加入小分子扩链剂和交联剂扩链。

（2）通过加入交联剂，提高了聚氨酯多元醇分散体的交联结构，从而提高了双组份水性木器漆的硬度、韧性，增加了涂膜的耐水性。

（3）通过往聚氨酯多元醇分散体中加入亲水性多异氰酸酯固化剂，得到双组份水性木器漆。

（4）通过使用普通原材料，简单稳定的工艺过程，制备了一种低污染的水性聚氨酯涂料，其性能接近或达到传统的溶剂型聚氨酯涂料,具有优越的光稳定性、耐候性、耐水解性、耐化学品性和高的硬度。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实例例1

在装有搅拌装置、回流冷凝管和温度计的500ml四口烧瓶中加入200g分子量为1000的聚氧化乙烯二醇，滴加6g二月桂酸二丁基锡，在油浴65℃温度下，开始滴加的104.8g二环已基甲烷二异氰酸酯，滴加完毕后，反应一小时，然后升温80℃，反应一小时，再升温95℃反应。然后每隔半小时测一次-NCO基的含量，当-NCO基的含量达到理论值，得到聚氨酯预聚体，然后向聚氨酯预聚体中加入溶有17.42g二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液，15.9g一缩二乙二醇和13.4g三羟甲基丙烷，反应数小时，期间测量-NCO基的含量，当反应至不再有-NCO基出现时，得到含羟基的聚氨酯预聚体，降至45℃，加入13.13g的三乙胺，反应一小时。取出预聚体，以2500r/min的速度在高速分散机下于650g去离子水中分散20分钟，即得到固含量为36%的羟基聚氨酯预聚体分散体，其性能和成膜机械性能如表二所示。

实施例2

参阅表一的配方2，低聚物多元醇选用分子量为2000的聚氧化丙烯二醇，制备方法同实施例1，所得的聚氨酯多元醇分散体性能及成膜机械性能如表二所示。

实施例3

参阅表一的配方3，低聚物多元醇选用分子量为600的聚氧化乙烯二醇，制备方法同实施例1，所得的聚氨酯多元醇分散体性能及成膜机械性能如表二所示。

实施例4

参阅表一的配方4，低聚物多元醇选用分子量为1000的聚氧化丙烯二醇，制备方法同实施例1，所得的聚氨酯多元醇分散体性能及成膜机械性能如表二所示。

表一聚氨酯多元醇分散体的配方

表二实例1～4所制备的聚氨酯多元醇分散体性能及成膜机械性能表

取以上水性聚氨酯多元醇分散体，按OH:NCO=1:1.5（摩尔比）的比例加入亲水改性的多异氰酸酯固化剂及相关助剂，搅拌均匀，加水稀释至涂刷粘度，按HG/T3828-2006《室内用水性木器涂料》进行检测，主要性能指标如表三所示：

表三实例1～4所制备的聚氨酯多元醇分散体合成双组份水性木器漆的性能

表三说明本发明由脂环族异氰酸酯制备的双组份水性聚氨酯木器漆，它能够有效解决单组份水性聚氨酯涂料在力学性能，耐黄变性，耐水性和硬度上的缺陷，具有较好的耐水性和高的硬度，涂膜性能优异，且满足了不黄变和成本的要求，具有较大的工业发展前景。

Claims (9)

1.一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其包括以下原料及重量份数：

分子量600～2000的低聚物二元醇    45～70；

多异氰酸酯                       17～35；

催化剂                           1～2；

亲水性扩链剂                     4～7；

小分子扩链剂                     3～6；

交联剂                           2～4；

中和剂                           2～5；

配方中所述多异氰酸酯与低聚物二元醇用量需满足：多异氰酸酯基（-NCO）与羟基（-OH）的比例R=1.5～3。

2.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于所述低聚物二元醇为聚氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于配方中所述多异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于配方中所述亲水性扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟基半酯、乙二氨基乙磺酸钠、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于配方中所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、三乙烯二胺、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙胺中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于配方中所述小分子扩链剂为乙二醇、1，4-丁二醇、一缩二乙二醇、甲基丙二醇、1，2-丙二醇中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于配方中所述交联剂为三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、聚丙烯酸酯多元醇中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其特征在于配方中所述中和剂为三乙胺、盐酸、醋酸、环氧丙烷中的一种。

9.一种如权利要求1至8之一所述配方的一种用于双组分水性木器漆的聚氨酯多元醇分散体，其制备方法如下：

（1）低聚物多元醇、亲水性扩链剂使用前的处理：将低聚物多元醇、亲水性扩链剂在110℃，0.1MPa下，真空状态下干燥8小时以上；

（2）聚氨酯预聚体的制备：在装有搅拌装置、回流冷凝管和温度计的四口烧瓶中加入低聚物多元醇和催化剂，采用滴加的方式按比例加入多异氰酸酯，在65～95℃下采用逐步升温方式，反应至-NCO基达到理论值，得到聚氨酯预聚体；

（3）聚氨酯预聚体的扩链：按比例向步骤（2）的聚氨酯预聚体中加入亲水性扩链剂、小分子扩链剂和交联剂；反应数小时，使-NCO基含量达理论终点，得到含羟基的聚氨酯预聚体；

（4）聚氨酯预聚体的中和：将温度降至45℃，然后按比例向步骤（3）的含羟基的聚氨酯预聚体中加入中和剂，使其PH值为7；

（5）聚氨酯预聚体分散体的制备：降至室温，从烧瓶中取出预聚体，以2500～3500r/min的速度在高速分散机下分散15～25分钟，得到含羟基的聚氨酯预聚体分散体；水的含量为使该聚氨酯预聚体分散体的固含量为35～40%。