CN105542109A - 一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法及采用该方法制成的通透哑光水性聚氨酯乳液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法及采用该方法制成的通透哑光水性聚氨酯乳液，本发明给出的制备方法制成的通透哑光水性聚氨酯乳液为单组份产品，使用时无需添加固化剂，可直接在基材表面施工，可常温成膜，具有低光泽，高硬度，高通透度，耐水性，耐酸雨等优点。

Description

一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法及采用该方法制成的通透哑光水性聚氨酯乳液
技术领域
本发明涉及涂料领域，更具体而言，涉及一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法及采用该方法制成的通透哑光水性聚氨酯乳液。
背景技术
近年来水包水多彩涂料，真石漆，质感涂料等仿石涂料广泛应用于建筑外墙装饰，但由于水包水多彩涂料，真石漆，质感涂料耐沾污和耐水性比传统乳胶漆略差，故普遍使用罩面清漆来提高漆膜整体的耐沾污和耐水性。在罩面清漆中尤其以哑光罩面清漆(涂料)用量最多，因其可以有效降低阳光照射产生的反光对建筑周围环境带来的光污染以及基层不平整导致的漆膜发花。目前制备水性哑光罩面清漆(涂料)的方法主要是添加消光剂，其作用机理为：消光剂以非常细的悬浮物分散在涂料中，当含有消光剂的涂料在成膜时，随着水分的挥发，消光剂逐渐堆积，并浮于漆膜表面，造成膜表面的不平整，降低漆膜表面光的镜面反射性，从而降低光泽。用于水性涂料的消光剂主要有二氧化硅，硅藻土，硬脂酸盐，蜡等。水性哑光罩面清漆(涂料)普遍使用二氧化硅来降低漆膜光泽，但同时必须使用分散剂来保证二氧化硅分散后的稳定性，添加分散剂必然导致漆膜干燥后耐水性的下降，具体表现为遇到雨水冲刷后墙体大面积泛白以及漆膜起泡；其次，由于分散剂无法将二氧化硅粉体的团聚彻底打开，无法将粒径分散到纳米级的尺度，故大量大粒径的二氧化硅颗粒在漆膜中会导致漆膜通透度下降，造成仿石涂料的花纹不清晰，降低了仿石涂料的仿真效果。
为解决上述技术问题，中国专利CN103102792A公开了一种水性双组份聚氨酯哑光涂料及其制备方法，虽其具有耐化学品性，硬度高，耐磨性，耐候性，光泽低等性能，但为双组份涂料，主剂和固化剂混合后须立刻使用，施工较麻烦，并且干燥速度较慢，使用消光剂二氧化硅来降低光泽存在漆膜通透度差，二氧化硅长期储存易团聚，配方中用来分散二氧化硅的分散剂会使漆膜耐水性下降等问题。
中国专利CN103865031A公开了一种哑光水性聚氨酯乳液，其不添加粉体消光材料，通过特定配方和工艺，使树脂在成膜过程中形成独特的复合结构来降低光泽，但其并未对复合结构做出明确说明，对消光机理的阐述也不明确，仍然未解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种通透哑光水性聚氨酯乳液及其制备方法，所述通透哑光水性聚氨酯乳液为单组份产品，使用时无需添加固化剂，可直接在基材表面施工，可常温成膜，具有低光泽，高硬度，通透，耐水性，耐酸雨等优点。
具体来说，本发明的一方面提供了一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：将2，2-二羟甲基丙酸及脂肪族聚合二元醇在100～120℃下抽真空脱水1～1.5h，真空度为0.07～0.09mPa，得到预聚体一；
步骤2：将所述步骤1处理后得到的2，2-二羟甲基丙酸及脂肪族聚合二元醇投入反应釜中，在60～80℃及氮气保护的条件下，加入二异氰酸酯及催化剂反应2～2.5h；
步骤3：检测所述反应釜中NCO含量，当NCO含量达到理论值的85～95％时，降温至55～60℃；所述2，2-二羟甲基丙酸和所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为2～3:1；所述二异氰酸酯与所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为0.3～0.5:1；所述催化剂添加量为所述步骤1处理后得到的所述预聚体一质量的0.01～0.02％；
步骤4：向所述步骤3处理后得到的预聚体二中加入中和剂，中和反应15～20min，并降温到25～40℃；所述中和剂与所述2，2-二羟甲基丙酸的摩尔比为0.9～1:1；
步骤5：对所述步骤4处理后得到的预聚体三，在转速800-1000转/分钟的条件下加入有机硅偶联剂，在30～60℃的条件下反应2～3h；所述有机硅偶联剂与所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为0.1～0.2:1；
步骤6：在转速800-1000转/分钟的条件下向所述步骤5中制得产物中加入肼类扩链剂，并在在40～60℃的条件下反应1～2h，制得所述通透哑光水性聚氨酯乳液；所述肼类扩链剂与所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为0.6～1.2:1。
本发明给出的上述制备方法，可生产出所述通透哑光水性聚氨酯乳液，其原理是利用带有硅氧烷基的有机硅偶联剂作为水性聚氨酯树脂的扩链剂之一，通过硅氧烷基的水解、硅羟基的缩合实现其交联，添加该类扩链剂后可使烷氧基部分在水解后通过缩聚而交联成硅氧硅键，形成的聚合物与消光粉的粒径类似，再通过添加肼类扩链剂二次扩链形成粒径较小聚合物乳液，在水性聚氨酯在干燥过程中，与消光粉具有相似粒径分布的有机硅改性聚氨酯乳胶微粒被挤压到漆膜表面，形成类似消光粉的颗粒状结构，从而在漆膜表面形成类似海岛的结构分布，呈微观相分离形态，但两种不同粒径的乳液粒子都是使用相同的预聚体扩链形成，故相容性较好，形成的漆膜通透度较高，同时使得漆膜表面的粗糙程度较大，达到消光的效果。
根据本发明所述一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法的一个实施例，优选地，所述脂肪族聚合二元醇选自聚己二酸丁二醇酯、聚氧化丙烯二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚四亚甲基醚二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚己二酸丙二醇、聚四氢呋喃醚中的一种或多种。
根据本发明所述一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法的一个实施例，优选地，所述二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、间苯二甲撑二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、间苯二亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、四甲基苯二次甲基二异氰酸酯、或1，4-环己烷二异氰酸酯中的一种或多种。
根据本发明所述一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法的一个实施例，优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、四正丁基锡、环烷酸钴中的一种或多种。
根据本发明所述一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法的一个实施例，优选地，所述中和剂为三乙胺、三丙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、甲胺、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。
根据本发明所述一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法的一个实施例，优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
根据本发明所述一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法的一个实施例，优选地，所述肼类扩链剂为水合肼、二甲基肼、碳酰肼和己二酸二酰肼中的一种或多种。
本发明的另一方面提供了一种通透哑光水性聚氨酯乳液，是采用上述任一方案所述制备方法制成。
本发明提供的上述一种通透哑光水性聚氨酯乳液，是利用带有硅氧烷基的有机硅偶联剂作为水性聚氨酯树脂的扩链剂之一，通过硅氧烷基的水解、硅羟基的缩合实现其交联，添加该类扩链剂则具有以下特点：烷氧基部分在水解后通过缩聚而交联成硅氧硅键，形成的聚合物与消光粉的粒径类似，再通过添加肼类扩链剂二次扩链形成粒径较小聚合物乳液，则在水性聚氨酯在干燥过程中，与消光粉具有相似粒径分布的有机硅改性聚氨酯乳胶微粒被挤压到漆膜表面，形成类似消光粉的颗粒状结构，从而在漆膜表面形成类似海岛的结构分布，呈微观相分离形态，但两种不同粒径的乳液粒子都是使用相同的预聚体扩链形成，故相容性较好，形成的漆膜通透度较高，同时使得漆膜表面的粗糙程度较大，达到通透消光的效果。
根据本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面说明根据本发明的具体实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：将2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)及聚碳酸酯二醇在110℃下抽真空脱水1.2h，真空度为0.08mPa，得到预聚体一；
步骤2：将步骤1得到的DMPA及聚碳酸酯二醇，投入反应釜中，在70℃及氮气保护的条件下，加入六亚甲基二异氰酸酯(HDI)及催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)反应2.2h；
步骤3：检测反应釜中NCO含量，当NCO含量达到理论值的90％时，降温至58℃；所述DMPA和聚碳酸酯二醇的摩尔比为2.5:1；所述六亚甲基二异氰酸酯与聚碳酸酯二醇的摩尔比为0.4:1；所述催化剂添加量为步骤1处理后得到的所述预聚体一质量的0.015％；
步骤4：向步骤3处理后得到的预聚体二中加入中和剂三乙胺、中和反应18min，并降温到35℃；所述中和剂三乙胺与DMPA摩尔比为0.95:1；
步骤5：对步骤4处理得到的预聚体三，在转速900转/分钟的条件下加入有机硅偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在45℃的条件下反应2.5h；γ-氨丙基三乙氧基硅烷与聚碳酸酯二醇的摩尔比为0.15:1；
步骤6：在转速900转/分钟的条件下加入向步骤5制得产物中加入水合肼，并在在55℃的条件下反应1.5h制得所述通透哑光水性聚氨酯乳液；所述水合肼与聚碳酸酯二醇摩尔比为0.7:1。
实施例2：
一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：将2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)及聚碳酸酯二醇在120℃下抽真空脱水1h，真空度为0.07mPa，得到预聚体一；
步骤2：将步骤1得到的DMPA及聚碳酸酯二醇，投入反应釜中，在80℃及氮气保护的条件下，加入六亚甲基二异氰酸酯(HDI)及催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)反应2h；
步骤3：检测反应釜中NCO含量，当NCO含量达到理论值的85％时，降温至60℃；所述DMPA和聚碳酸酯二醇的摩尔比为3:1；所述六亚甲基二异氰酸酯与聚碳酸酯二醇的摩尔比为0.5:1；所述催化剂添加量为步骤1处理后得到的所述预聚体一质量的0.02％；
步骤4：向步骤3处理后得到的预聚体二中加入中和剂三乙胺、中和反应20min，并降温到40℃；所述中和剂三乙胺与DMPA摩尔比为1:1；
步骤5：对步骤4处理后得到的预聚体三，在转速1000转/分钟的条件下加入有机硅偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，在60℃的条件下反应3h；乙烯基三乙氧基硅烷与聚碳酸酯二醇的摩尔比为0.2:1；
步骤6：在转速1000转/分钟的条件下向步骤5制得产物中加入己二酸二酰肼，并在在60℃的条件下反应2h，制得所述通透哑光水性聚氨酯乳液；所述水合肼与聚碳酸酯二醇摩尔比为0.9:1。
实施例3
一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)及聚碳酸酯二醇在100℃下抽真空脱水1h，真空度为0.9mPa，得到预聚体一；
步骤2：将步骤1得到的DMPA及聚碳酸酯二醇投入釜中，在60℃及氮气保护的条件下，加入异佛尔酮二异氰酸酯及催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)反应2.5h；
步骤3：检测体系反应釜中NCO含量，当NCO含量达到理论值的95％时，降温至55℃；所述DMPA和聚碳酸酯二醇的摩尔比为2:1；所述异佛尔酮二异氰酸酯与聚碳酸酯二醇的摩尔比为0.3:1；所述催化剂添加量为步骤1处理后得到的预聚体一质量的0.01％；
步骤4：向步骤3处理后得到的预聚体二中加入中和剂三乙胺、中和反应15min，并降温到25℃；所述中和剂三乙胺与DMPA摩尔比为0.9:1；
步骤5：对步骤4处理后得到的预聚体三，在转速800转/分钟的条件下加入有机硅偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、在30℃的条件下反应2h；γ-氨丙基三乙氧基硅烷与聚碳酸酯二醇的摩尔比为0.1:1；
步骤6：在转速800转/分钟的条件下加入向步骤5制得产物中加入二甲基肼，并在在45℃的条件下反应1h，制得所述通透哑光水性聚氨酯乳液；所述二甲基肼与聚碳酸酯二醇摩尔比为0.8:1。
本发明上述三实施例制得的通透哑光水性聚氨酯乳液，经性能测试，结果如下表所示：
通过测试可以看出，本发明提供的制备方法制成的通透哑光水性聚氨酯乳液，为单组份产品，使用时无需添加固化剂，可直接在基材表面施工，可常温成膜，具有低光泽，高硬度，高通透度，耐水性，耐酸雨等优点，可实现本发明的发明目的。该通透哑光水性聚氨酯乳液因利用带有硅氧烷基的有机硅偶联剂作为水性聚氨酯树脂的扩链剂之一，通过硅氧烷基的水解、硅羟基的缩合实现其交联，添加该类扩链剂则使烷氧基部分在水解后通过缩聚而交联成硅氧硅键，形成的聚合物与消光粉的粒径类似，再通过添加肼类扩链剂二次扩链形成粒径较小聚合物乳液，则在水性聚氨酯在干燥过程中，与消光粉具有相似粒径分布的有机硅改性聚氨酯乳胶微粒被挤压到漆膜表面，形成类似消光粉的颗粒状结构，从而在漆膜表面形成类似海岛的结构分布，呈微观相分离形态，但两种不同粒径的乳液粒子都是使用相同的预聚体扩链形成，故相容性较好，形成的漆膜通透度较高，同时使得漆膜表面的粗糙程度较大，达到消光的效果。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：将2，2-二羟甲基丙酸及脂肪族聚合二元醇在100～120℃下抽真空脱水1～1.5h，真空度为0.07～0.09mPa，得到预聚体一；
步骤2：将所述步骤1处理后得到的2，2-二羟甲基丙酸及脂肪族聚合二元醇投入反应釜中，在60～80℃及氮气保护的条件下，加入二异氰酸酯及催化剂反应2～2.5h；
步骤3：检测所述反应釜中NCO含量，当NCO含量达到理论值的85～95％时，降温至55～60℃；所述2，2-二羟甲基丙酸和所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为2～3:1；所述二异氰酸酯与所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为0.3～0.5:1；所述催化剂添加量为所述步骤1处理后得到的所述预聚体一质量的0.01～0.02％；
步骤4：向所述步骤3处理后得到的预聚体二中加入中和剂，中和反应15～20min，并降温到25～40℃；所述中和剂与所述2，2-二羟甲基丙酸的摩尔比为0.9～1:1；
步骤5：对所述步骤4处理后得到的预聚体三，在转速800-1000转/分钟的条件下加入有机硅偶联剂，在30～60℃的条件下反应2～3h；所述有机硅偶联剂与所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为0.1～0.2:1；
步骤6：在转速800-1000转/分钟的条件下向所述步骤5制得产物中加入肼类扩链剂，并在在40～60℃的条件下反应1～2h，制得所述通透哑光水性聚氨酯乳液；所述肼类扩链剂与所述脂肪族聚合二元醇的摩尔比为0.6～1.2:1。
2.根据权利要求1所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：所述脂肪族聚合二元醇选自聚己二酸丁二醇酯、聚氧化丙烯二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚四亚甲基醚二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚己二酸丙二醇、聚四氢呋喃醚中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、间苯二甲撑二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、间苯二亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、四甲基苯二次甲基二异氰酸酯、或1，4-环己烷二异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、四正丁基锡、环烷酸钴中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：所述中和剂为三乙胺、三丙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、甲胺、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：所述肼类扩链剂为水合肼、二甲基肼、碳酰肼和己二酸二酰肼中的一种或多种。
8.一种通透哑光水性聚氨酯乳液，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的一种通透哑光水性聚氨酯乳液的制备方法制成。
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