CN106519170B - 一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯制备技术领域，公开了一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂及其制备方法。本发明的制备方法包括以下步骤：将低聚物二元醇、聚乙二醇改性单甘脂与二异氰酸酯混合加热反应得到预聚物；再加入小分子扩链剂、亲水扩链剂、溶剂，保温反应；反应结束，加入中和剂、水、后扩链剂，除去溶剂，得到木器漆修色用水性聚氨酯树脂。本发明利用聚乙二醇改性单甘脂制备得到水性聚氨酯树脂，有效降低胶束间双电层密度，与酒精以任意比例互溶而不出现增稠、膏化或破乳等异常，且与水性色精相容性好，不出现破乳、颗粒及残渣等问题；且有效提高树脂的耐水性、表面活性剂热稳定性等性能。所得树脂绿色环保，透明性优异，在木器修色中具有广泛的应用前景。

Description

一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯制备技术领域，特别涉及一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平逐渐的提高，对生活环境的品质要求也在逐步提升，家庭装修无疑成为人们的焦点，水性木器涂料在家庭装修市场中的应用也变得越来越多。人们为了把家庭装修的更加舒适、时尚和个性化，会用上大量的色彩来点缀。为了满足人们对色彩的需求，施工时能较好的达到修色效果，对水性木器家装涂料修色剂的开发与应用进行了大量的研究。
近年来，水性木器漆取得较快的发展，但在施工上仍存入困难，如由于水性木器漆以水为溶剂，表面张力较大，在采用传统的着色方法(把着色剂加入到面漆中)时，往往会因为面漆对基材润湿不好，导致局部着不上色或着色不匀，难以达到理想的装饰效果，从而使水性木器漆的应用局限于实色涂装(颜料型着色剂着色)和一些清漆本色涂装。因此，要实现水性木器漆全封闭清漆着色涂装的工厂化生产，就要解决修色问题，使施工操作简单方便，容易控制。
目前，常见的修色方法主要有以下两种：(1)修色水修色法是指把水性色精加入水或一些醇类溶剂中进行修色的方法。在使用水稀释时。由于水不容易润湿底漆，容易出现发花，操作时，必须喷得很干，喷湿就有花点，很难操作。在使用醇醚类溶剂稀释时，着色容易，但由于修色水中没有成膜物，颜色控制比较困难。由于底漆砂磨后对着色剂的吸收程度不同及施工时喷涂的不均匀性，当着色剂被溶解进入面漆时就会深浅不一，出现发花。(2)清漆修色法是指把着色剂加到清底漆或清面漆中修色的方法，一般采用喷涂。这种方法在不透明色或半透明色(用不透明颜料或半透明颜料着色)着色时使用较多，透明着色(一般使用水性色精)时，则非常困难，尤其是在对颜色一致性要求较高的办公家具涂装时，这种方法几乎不能满足批量生产要求。目前市场上，水性树脂一般为水乳型和水分散型的，其粒径较大，用其作为修色基料时，其透明性、干燥速度和起颗粒性受到较大影响，一般不能为家具厂大规模使用。同时，水性树脂一般含有大量的表面活性剂，加入色精后易破乳，引起颗粒及残渣。另外，由于水的蒸发潜热较大，同时空气中也含有一定量的水分，所以水性木器涂料一般干燥较慢，降低了生产效率，如干燥不充分则易出现咬底、开裂等弊病。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂。
本发明的木器漆修色用水性聚氨酯树脂克服了现有技术的不足，可与无水酒精以任意比例互溶而不出现增稠、膏化或破乳等异常现象，且与水性色精相容性好，不出现破乳、颗粒及残渣等问题。且本发明木器漆修色用水性聚氨酯树脂绿色环保，乳液及其得到的干湿膜透明性优异，在木器修色中具有广泛的应用前景。
本发明另一目的在于提供一种上述木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
将低聚物二元醇、聚乙二醇改性单甘脂与二异氰酸酯混合加热反应得到预聚物；再加入小分子扩链剂、亲水扩链剂、溶剂，保温反应；反应结束，加入中和剂、水、后扩链剂，除去溶剂，得到木器漆修色用水性聚氨酯树脂。
本发明所述的聚乙二醇改性单甘脂中，所用聚乙二醇的分子量优选为200、400或600。
为了进一步更好地实现本发明，上述制备方法中各组分的用量优选为：
本发明所述的低聚物二元醇优选为分子量为400～4000的聚酯型二元醇，可包括聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己内酯二醇和聚碳酸酯二醇等中的至少一种。
本发明所用的低聚物多元醇优选脱水后再用于反应。所述的脱水优选为在80～140℃下脱水2h。
优选地，本发明所述的二异氰酸酯并无特别限制，已知使用的二异氰酸酯均可，可为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六次甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12-MDI)等中的至少一种。
优选地，本发明所述的小分子扩链剂并无特别限制，已知使用的小分子扩链剂均可，为了更好地实现本发明，所述的小分子扩链剂优选为1,4-丁二醇(BDO)、新戊二醇(NPG)、1,6-己二醇(HEG)和一缩二乙二醇中的至少一种。
优选地，本发明所述的亲水扩链剂并无特别限制，已知使用的亲水扩链剂均可，为了更好地实现本发明，所述的亲水扩链剂优选为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸和双羟基磺酸盐中的至少一种。
本发明所述的中和剂用于调节反应体系的pH值至弱碱性，可为本领域常用的碱液，如三甲胺、三乙胺、氨水等。
本发明所述的后扩链剂并无特别限制，已知使用的后扩链剂均可，为了更好地实现本发明，所述的后扩链剂优选为乙二胺、丙二胺、1,6-己二胺、二亚乙基三胺、异氟尔酮二胺和三亚乙基四胺中的至少一种。
本发明所述的溶剂可为丙酮等，本发明添加的溶剂仅起到调节预聚体粘度作用，视粘度变化酌情添加。
本发明所述的水作为分散介质，主要起到调节固含量的作用，其用量可根据需要调整。
上述制备方法优选在惰性气体保护下进行。
所述的加热反应优选在60～90℃下，搅拌反应1.5～2.5h。
所述反应得到预聚物后优选将体系温度降低为40～60℃，再进行下一步反应。
所述的保温反应优选为加热至70～85℃，反应2.5～4.5h。
所述保温反应结束后，优选将体系温度降低为50℃以下再加入中和剂等试剂。
所述加入中和剂、水、后扩链剂优选为依次加入，并每次加入一种试剂后进行充分搅拌再加入下一种试剂；更优选为加入中和剂后搅拌1～5min，加入水、后扩链剂后分别高速搅拌10～30min。其中，加入水后进行高速搅拌可使体系充分乳化。
所述的除去溶剂可通过减压脱除，更优选为在35～55℃，真空度-0.085～-0.1MPa条件下减压脱除。
本发明提供上述方法制备得到的木器漆修色用水性聚氨酯树脂。本发明利用聚乙二醇改性单甘脂制备得到水性聚氨酯树脂，有效降低胶束间双电层密度，可与无水酒精以任意比例互溶而不出现增稠、膏化或破乳等异常现象，且与水性色精相容性好，不出现破乳、颗粒及残渣等问题；且利用聚乙二醇改性单甘脂的长疏水链段及空间位阻效应，有效提高树脂的耐水性、表面活性剂热稳定性等性能。
且本发明木器漆修色用水性聚氨酯树脂绿色环保，乳液及其得到的干湿膜透明性优异，在木器修色中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1得到的木器漆修色用水性聚氨酯树脂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。
实施例1
水性聚氨酯树脂的制备：在干燥氮气保护下，将120℃下真空脱水2h后的聚碳酸酯二元醇80克，聚己二酸新戊二醇酯二元醇20克，聚乙二醇改性单甘脂(聚乙二醇分子量为600)10克，4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯150克混合，在机械搅拌下85℃反应2小时；加入一缩二乙二醇10.0克，二羟甲基丙酸25.0克，催化剂0.25克，丙酮适量，在60℃反应5小时；降至50℃以下，加入计量三乙胺20克，继续搅拌5分钟；加入水670克，高速(≥1200r/min)分散10分钟；加入乙二胺10.0克，继续高速分散30分钟，减压脱除丙酮即可得到木器漆修色用水性聚氨酯树脂。
观察制备得到的水性聚氨酯树脂可见，其透明性优异，透光性好，为基本无色透明状态，见图1。
将制备得到的水性聚氨酯树脂与无水酒精按体积比9：1、5：5、1：9等比例混合，观察可见，其可以任意比例互溶，且不出现增稠、膏化或破乳等异常现象。
将制备得到的水性聚氨酯树脂与水性色精以2：1、9：1等比例混合，观察可见其相容性好，在50℃烘箱放置两周后，也不出现破乳、颗粒及残渣等问题。
实施例2
水性聚氨酯树脂的制备：在干燥氮气保护下，将120℃下真空脱水2h后的聚碳酸酯二元醇100克，聚己二酸新戊二醇酯二元醇40克，聚乙二醇改性单甘脂(聚乙二醇分子量为200)15克，4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯110克混合，在机械搅拌下85℃反应2小时；加入一缩二乙二醇15.0克，二羟甲基丙酸15.0克，催化剂0.25克，丙酮适量，在60℃反应5小时；降至50℃以下，加入计量三乙胺12克，继续搅拌5分钟；加入水670克，高速(≥1200r/min)分散10分钟；加入乙二胺5.0克，继续高速分散30分钟，减压脱除丙酮即可得到木器漆修色用水性聚氨酯树脂。
观察制备得到的水性聚氨酯树脂可见，其透明性优异，透光性好，为基本无色透明状态，与实施例1相同。
将制备得到的水性聚氨酯树脂与无水酒精按体积比9：1、5：5、1：9等比例混合，观察可见，其可以任意比例互溶，且不出现增稠、膏化或破乳等异常现象。
将制备得到的水性聚氨酯树脂与水性色精以2：1、9：1等比例混合，观察可见其相容性好，在50℃烘箱放置两周后，也不出现破乳、颗粒及残渣等问题。
实施例3
水性聚氨酯树脂的制备：在干燥氮气保护下，将120℃下真空脱水2h后的聚碳酸酯二元醇120克，聚乙二醇改性单甘脂(聚乙二醇分子量为400)13克，4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯130克混合，在机械搅拌下85℃反应2小时；加入一缩二乙二醇13.0克，二羟甲基丙酸20.0克，催化剂0.25克，丙酮适量，在60℃反应5小时；降至50℃以下，加入计量三乙胺16克，继续搅拌5分钟；加入水690克，高速(≥1200r/min)分散10分钟；加入乙二胺7.0克，继续高速分散30分钟，减压脱除丙酮即可得到木器漆修色用水性聚氨酯树脂。
观察制备得到的水性聚氨酯树脂可见，其透明性优异，透光性好，为基本无色透明状态，与实施例1相同。
将制备得到的水性聚氨酯树脂与无水酒精按体积比9：1、5：5、1：9等比例混合，观察可见，其可以任意比例互溶，且不出现增稠、膏化或破乳等异常现象。
将制备得到的水性聚氨酯树脂与水性色精以2：1、9：1等比例混合，观察可见其相容性好，在50℃烘箱放置两周后，也不出现破乳、颗粒及残渣等问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将低聚物二元醇、聚乙二醇改性单甘脂与二异氰酸酯混合加热反应得到预聚物；再加入小分子扩链剂、亲水扩链剂、溶剂，保温反应；反应结束，加入中和剂、水、后扩链剂，除去溶剂，得到木器漆修色用水性聚氨酯树脂；
所述的小分子扩链剂为1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇和一缩二乙二醇中的至少一种；所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸和双羟基磺酸盐中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的聚乙二醇改性单甘脂中，所用聚乙二醇的分子量为200、400或600。
3.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于各组分的用量为：
4.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的低聚物二元醇为分子量为400～4000的聚酯型二元醇。
5.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的低聚物二元醇包括聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己内酯二醇和聚碳酸酯二醇中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的中和剂为三甲胺、三乙胺或氨水；所述的后扩链剂为乙二胺、丙二胺、1,6-己二胺、二亚乙基三胺、异佛尔酮二胺和三亚乙基四胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的木器漆修色用水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的加热反应为在60～90℃下，搅拌反应1.5～2.5h；所述的保温反应为加热至70～85℃，反应2.5～4.5h。
9.一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂，其特征在于根据权利要求1～8任一项所述的制备方法得到。
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