CN104592484A - 一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，该水性丙烯酸改性聚氨酯乳液包括按重量百分数计算的甲苯二异氰酸酯10～30％；4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯5～20％；2,4,6-三甲基吡啶1～10％；2,2-二羟甲基丙酸1～10％；聚醚多元醇1～10％；十六醇1～5％；丙二醇甲醚醋酸酯1～10％；正丁醇1～5％；二丁基锡二月桂酸酯0～1％；三乙胺1～10％；十二烷基苯磺酸钠1～10％；羟基丙烯酸树脂10～30％；去离子水1～15％。本发明使用的是甲苯二异氰酸酯、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯，大大降低乳液成本，同时创造性的使用十六醇进行改性，改善了一般合成聚氨酯乳液难以乳化的问题。

Description

一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种用于水性涂料的聚合物乳液，更具体地说，涉及一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。
背景技术
随着人们对健康和环境保护的日益重视，特别是近年以来我国很多地区发生的雾霾天气越来越频繁，保护我们赖以生存的环境已经成为我们首要的任务。环境污染一个重要的来源就是涂料行业，由于传统的涂料使用大量易挥发的有机溶剂(VOC)，不但对坏境造成污染，而且对人体健康也有毒害。近年来各国的环保法规越来越严格，涂料中的挥发性有机物(VOC)的排放越来越受到严格控制，有些城市已经禁止使用油性涂料了，水性涂料以水为溶剂，具有难燃，无毒，不污染环境等优点，已经成为涂料发展的主要方向。其中水性聚氨酯类涂料由于它的性能最接近传统涂料，从而成为涂料工作者研究的重要方面，但是目前的水性聚氨酯和传统的相比，还存在漆膜干燥速度慢，漆膜丰满度差，耐水，耐溶剂，耐化学腐蚀性差等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种耐候性好，硬度高的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液，通过按重量百分数计算的以下原料制备而成：
优选地，该水性丙烯酸改性聚氨酯乳液，通过按重量百分数计算的以下原料制备而成：
本发明还提供一种水性涂料，包括上述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
该水性涂料，按重量百分数计算，包括上述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液75-90％、流平剂0.1-0.5％、润湿剂0.3-2％、消泡剂0.1-1％、防腐剂0.5-3％、去离子水10-15％。
本发明所述的水性涂料，其中，所述流平剂采用型号为EFKA3034的流平剂。
本发明所述的水性涂料，其中，所述润湿剂采型号用为BYK187的润湿剂。
本发明所述的水性涂料，其中，所述消泡剂采用型号为tegoFoamex 1488的消泡剂。
本发明所述的水性涂料，其中，所述防腐剂采用型号为HTK-30的消泡剂。
本发明还提供一种如上述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
a、按照上述质量百分比称取适量的甲苯二异氰酸酯、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4,6-三甲基吡啶、2,2-二羟甲基丙酸、聚醚多元醇、十六醇、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇、羟基丙烯酸树脂放入反应釜内；
b、对步骤a的反应釜进行加热，加热温度控制在70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应，反应过程中检测NCO值，直到NCO达理论值时降温；
c、在步骤b中的溶液加入预定重量的二丁基锡二月桂酸酯，加热温度控制在65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应，直到游离TDI小于0.5；
d、停止对c步骤的溶液进行加热；
e、对d步骤的溶液进行冷却；
f、在e步骤的溶液中加入预定重量的三乙胺、十二烷基苯磺酸钠和去离子水，高速搅拌使其分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
实施本发明的一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液，为了克服上述缺点，对水性聚氨酯进行改性，通过加入丙烯酸树脂进行改性，利用丙烯酸树脂的耐水，耐侯性好以及价格便宜的优点，与聚氨酯相互改性，使聚氨酯与丙烯酸树脂的优点结合起来，得到理想产品，具体具有以下有益效果：
(1)本发明只使用少量的环保溶剂丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，可以留在产品中不分离，减少了合成后续处理的问题。
(2)本发明使用的是甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，可以大大降低乳液成本，同时创造性的使用十六醇进行改性，改善了一般合成聚氨酯乳液难以乳化的问题。
(3)加入2,4,6-三甲基吡啶(TMP)，使本发明乳液的成膜硬度比现有的高，清漆的铅笔硬度达3H，丙烯酸改性后耐候性得到很大的改善。
(4)合成工艺简单，合成产品不需要后处理。
具体实施方式
本发明提供一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液，包括按重量百分数计算的以下组分：
优选地，该水性丙烯酸改性聚氨酯乳液包括按重量百分数计算的以下组分：
本发明还提供一种水性涂料，包括如上述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
其中，该水性涂料，按重量百分数计算，水性丙烯酸改性聚氨酯乳液75-90％、流平剂0.1-0.5％、润湿剂0.3-2％、消泡剂0.1-1％、防腐剂0.5-3％、去离子水10-15％。
优选地，该水性涂料，按重量百分数计算，包括如上述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液85％、流平剂0.2％、润湿剂0.5％、消泡剂0.4％、防腐剂01.2％、去离子水12.7％。
其中，所述流平剂为型号为EFKA3034的流平剂，购自广州市易通高分子材料有限公司，EFKA3034为具有强烈降低表面张力能力的氟碳改性聚硅氧烷流平剂，它有优异的抗缩孔性，底材润湿性和改进立面流平剂性能。此外，还可用丙烯酸流平剂和氟碳化合物类流平剂代替。
所述润湿剂为型号为BYK187的润湿剂，购自广州易通高分子材料有限公司，此外，还可用tego270、tego280或其组合。
所述消泡剂为型号为tegoFoamex 1488的消泡剂，购自东莞市比高化工有限公司。此外，还可用科宁1293等。
所述防腐剂为型号为HTK-30的防腐剂，购自上海鸿途实业有限公司。此外还可以BIT-10等水性涂料用防腐剂代替。
本发明还提供一种如上述所述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
a、按照上述质量百分比称取适量的甲苯二异氰酸酯、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4,6-三甲基吡啶、2,2-二羟甲基丙酸、聚醚多元醇、十六醇、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇、羟基丙烯酸树脂放入反应釜内；
b、对步骤a的反应釜进行加热，加热温度控制在70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应，反应过程中检测NCO值，直到NCO达理论值时降温至30～50℃；
NCO含量是指水性丙烯酸改性聚氨酯乳液中NCO基团的质量分数，根据配方中的-OH、-NCO的量和体系总质量即可算出理论值，测量方法采用二正丁胺-盐酸法。参见HG-T 2409-1992。
c、在步骤b中的溶液加入预定重量的二丁基锡二月桂酸酯，加热温度控制在65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应，直到游离甲苯二异氰酸酯(TDI)小于0.5；其中，游离TDI采用DB-5毛细管柱、氢火焰离子化检测器，在分流比为40:1、气化温度、柱温和检测器温度都为150％的条件下进行检测；
d、停止对c步骤的溶液进行加热；
e、对d步骤的溶液进行冷却至30～50℃；
f、在e步骤的溶液中加入预定重量的三乙胺、十二烷基苯磺酸钠和去离子水，高速搅拌使其分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1
配备100Kg本发明水性丙烯酸改性聚氨酯乳液1，由以下重量的组分配制而成。
水性丙烯酸改性聚氨酯乳液1的制备如下：
将TDI 24Kg、MDI 11Kg、TMP 3Kg、DMPA 6Kg、聚醚多元醇5Kg、十六醇3Kg、PMA 3Kg、正丁醇4Kg、羟基丙烯酸树脂24Kg放入反应釜内；接下来对反应釜进行加热，加热温度控制为70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，反应时边反应边测NCO值，直到NCO达理论值时降温；接下来加入T-120.2Kg，加热温度控制为65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，直到游离TDI小于0.5g；停止对溶液进行加热，接下来对溶液进行冷却；加入三乙胺4Kg和十二烷基苯磺酸钠6Kg、去离子水6.8Kg高速分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液1。
实施例2
配备100Kg本发明水性丙烯酸改性聚氨酯乳液2，由以下重量的组分配制而成。
水性丙烯酸改性聚氨酯乳液2的制备如下：
将TDI 22Kg、MDI 12Kg、TMP 5Kg、DMPA 4Kg、聚醚多元醇5Kg、十六醇3Kg、PMA 5Kg、正丁醇4Kg、羟基丙烯酸树脂22Kg放入反应釜内；接下来对反应釜进行加热，加热温度控制为70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，反应时边反应边测NCO值，直到NCO达理论值时降温；接下来加入T-120.2Kg，加热温度控制为65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，直到游离TDI小于0.5g；停止对溶液进行加热，接下来对溶液进行冷却；加入三乙胺4Kg和十二烷基苯磺酸钠5Kg、去离子水8.8Kg高速分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液2。
实施例3
配备100Kg本发明水性丙烯酸改性聚氨酯乳液3，由以下重量的组分配制而成。
水性丙烯酸改性聚氨酯乳液3的制备如下：
将TDI 19Kg、MDI 13Kg、TMP 6Kg、DMPA 3Kg、聚醚多元醇5Kg、十六醇3Kg、PMA 6Kg、正丁醇4Kg、羟基丙烯酸树脂20Kg放入反应釜内；接下来对反应釜进行加热，加热温度控制为70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，反应时边反应边测NCO值，直到NCO达理论值时降温；接下来加入T-120.2Kg，加热温度控制为65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，直到游离TDI小于0.5g；停止对溶液进行加热，接下来对溶液进行冷却；加入三乙胺4Kg和十二烷基苯磺酸钠4Kg、去离子水12.8Kg高速分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液3。
实施例4
配备100Kg本发明水性丙烯酸改性聚氨酯乳液4，由以下重量的组分配制而成。
水性丙烯酸改性聚氨酯乳液4的制备如下：
将TDI 21Kg、MDI 15Kg、TMP 8Kg、DMPA 2Kg、聚醚多元醇5Kg、十六醇3Kg、PMA 8Kg、正丁醇4Kg、羟基丙烯酸树脂16Kg放入反应釜内；接下来对反应釜进行加热，加热温度控制为70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，反应时边反应边测NCO值，直到NCO达理论值时降温；接下来加入T-120.2Kg，加热温度控制为65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应形成均匀溶液，直到游离TDI小于0.5g；停止对溶液进行加热，接下来对溶液进行冷却；加入三乙胺4Kg和十二烷基苯磺酸钠3Kg、去离子水10.8Kg高速分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液4。
用上述实施例1-4制得的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液进行如下性能测试，结果见表1。
表1 水性丙烯酸改性聚氨酯乳液的性能测试结果
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水性丙烯酸改性聚氨酯乳液，其特征在于，通过按重量百分数计算的以下原料制备而成：
2.根据权利要求1所述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液，其特征在于，通过按重量百分数计算的以下原料制备而成：
3.一种水性涂料，包括如权利要求1或2所述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
4.根据权利要求3所述的水性涂料，其特征在于：按重量百分数计算，包括如权利要求1或2所述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液75-90％、流平剂0.1-0.5％、润湿剂0.3-2％、消泡剂0.1-1％、防腐剂0.5-3％、去离子水10-15％。
5.根据权利要求4所述的水性涂料，其特征在于，所述流平剂采用型号为EFKA3034的流平剂。
6.根据权利要求4所述的水性涂料，其特征在于，所述润湿剂采型号用为BYK187的润湿剂。
7.根据权利要求1所述的水性涂料，其特征在于，所述消泡剂采用型号为tegoFoamex 1488的消泡剂。
8.根据权利要求1所述的水性涂料，其特征在于，所述防腐剂采用型号为HTK-30的消泡剂。
9.一种如权利要求1或2所述的水性丙烯酸改性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、按照上述质量百分比称取适量的甲苯二异氰酸酯、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4,6-三甲基吡啶、2,2-二羟甲基丙酸、聚醚多元醇、十六醇、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇、羟基丙烯酸树脂放入反应釜内；
b、对步骤a的反应釜进行加热，加热温度控制在70～75℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应，反应过程中检测NCO值，直到NCO达理论值时降温；
c、在步骤b中的溶液加入预定重量的二丁基锡二月桂酸酯，加热温度控制在65～70℃，在加热的过程中对反应釜内的物质进行搅拌，使反应釜内的物质充分反应，直到游离TDI小于0.5；
d、停止对c步骤的溶液进行加热；
e、对d步骤的溶液进行冷却；
f、在e步骤的溶液中加入预定重量的三乙胺、十二烷基苯磺酸钠和去离子水，高速搅拌使其分散形成水性丙烯酸改性聚氨酯乳液。
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