CN108219107A - 阴离子水性聚氨酯地坪涂料树脂 - Google Patents

阴离子水性聚氨酯地坪涂料树脂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种综合性能优异的、环保型的阴离子水性聚氨酯地坪涂料树脂及制备方法和该水性聚氨酯树脂在制备聚氨酯弹性体中的用途。本发明的聚氨酯树脂由包含以下成分的原料制备的：聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水，其可以应用于室内外地坪水性漆、水性漆的透明罩面以及高档室内墙壁涂料等。

Description

阴离子水性聚氨酯地坪涂料树脂
技术领域
本发明涉及阴离子型水性聚氨酯地坪涂料树脂合成方法，属水性聚氨酯领域。
技术背景
聚氨酯也称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。其通常是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物聚合而成。聚氨酯的用途非常广泛，例如其可以代替橡胶、塑料和尼龙等，用于学校、机场、酒店、住宅小区、以及园林美化等。在聚氨酯加工过程中，需要加入消泡剂减少加工过程中气泡率，提升产品质量。
早期溶剂型聚氨酯地坪涂料含有有毒溶剂，严重污染环境，危害人体健康。随着人类生活质量的提高，以及环保法规越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物(VOC)的排放量，有害溶剂的含量都有严格的限制。
水性聚氨酯由于以水为分散介质，不仅具有无毒，不易燃烧，不污染环境，节能，安全可靠等优点，同时还具备溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征。水性聚氨酯材料既具有良好的综合性能，又具有不污染，运输安全及工作环境好等特点，满足了环保要求，更加具有诱惑力的是其价格低廉。在基本不改变有机溶剂型使用工艺前提下保持有机溶剂的产品性能，并且廉价，安全，因此水性聚氨酯材料是今年来迅速发展的一类水性材料。
水性聚氨酯材料的柔韧性，机械强度，耐磨性，黏结性，耐化学药品及耐久性等都十分优异，欧洲，美国，日本均将其视为高性能的品种大力研发。水性聚氨酯按照分散粒子的尺寸，可分为溶液(粒径小于0.001μm),乳液(粒径在0.001-0.05μm)，悬浮液(粒径大于0.05μm)。水性聚氨酯按照分散粒子是否带电，可分为阴离子水性聚氨酯，阳离子属性聚氨酯，非离子型水性聚氨酯。
水性聚氨酯通常用预聚物法合成，以便于过程的控制，合成步骤大致如下：(1)低聚物二醇和二异氰酸酯生成端异氰酸酯基预聚物；(2)端异氰酸酯基预聚物和小分子扩链剂反应生成中分子量(2000-10000)的中间体，任选地，为了降低反应化合物的粘度，可适当加入溶剂；(3)加入中和剂进行中和；(4)在剧烈搅拌下，将中间体溶液加入水中或者把水加到中间体中进行乳化；和(5)脱溶剂并加水稀释，得成品。
传统的水性聚氨酯乳液存在着耐热性较差，耐候性、粘接强度较低等一些缺点，已难以满足市场要求。因此，改性水性聚氨酯的耐水、耐溶剂、力学等性能成为该领域的研究热点。
发明内容
本发明提供了一种综合性能优异的、环保型的阴离子水性聚氨酯树脂及制备方法和该水性聚氨酯树脂在制备聚氨酯弹性体中的用途。本发明的聚氨酯树脂可以应用于室内外地坪水性漆、水性漆的透明罩面以及高档室内墙壁涂料等。
本发明一方面提供了一种阴离子水性树脂乳液，其是有包含以下成分的原料制备的：聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水。任选地，所述制备方法如下：
1、PTMG、DMBA和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
2、将温度降低至到80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
3、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入溶剂(乙酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡)，在75-80摄氏度下反应4小时；
4、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；和
5、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即出料。
优选地，聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水的质量比为：40-50：5-6：2.5-3.0：4.5-5.5：3.4-4.0：28-34：0.9-1.1:45-55:0.15-0.25:180-240。
优选地，聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水的质量比为：47.14：5.5：2.7：5.0：3.75：31：1:50:0.2:200。
本发明还提供了制备阴离子水性树脂乳液的方法，其包括如下步骤：
1、PTMG、DMBA和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
2、将温度降低至到80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
3、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入溶剂(乙酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡)，在75-80摄氏度下反应4小时；
4、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；和
5、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即出料。
在本发明的制备阴离子水性树脂乳液的方法中，优选地，聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水的质量比为：40-50：5-6：2.5-3.0：4.5-5.5：3.4-4.0：28-34：0.9-1.1:45-55:0.15-0.25:180-240。
优选地，聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水的质量比为：47.14：5.5：2.7：5.0：3.75：31：1:50:0.2:200。
优选地，在本发明的制备阴离子水性树脂乳液的方法中，其还包括在原料中加入氯化锌，优选地，所述氯化锌与去离子水的质量比为1:200。
示例性地，本发明的制备阴离子水性树脂乳液的方法包括如下步骤：
1、PTMG、DMBA、氯化锌和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
2、将温度降低至到80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
3、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入溶剂(乙酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡)，在75-80摄氏度下反应4小时；
4、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；
5、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即出料。
本发明还提供了氯化锌在制备具有提高的扯断延长率的阴离子水性树脂中的用途。
本发明还提供了本发明所制备的阴离子水性树脂或阴离子水性树脂乳液在制备聚氨酯弹性体材料中的用途。
下面将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受下述实施例的限制。
实施例1：阴离子水性树脂乳液的制备
产品配方：
产品工艺：
1、PTMG、DMBA和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
2、将温度降低至到80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
3、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入溶剂(乙酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡)，在75-80摄氏度下反应4小时；
4、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；
5、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即可出料。
所得乳液性能如下：
固含量：39.2％ PH值：7.6
粘度(25℃)mPA·s:100 粒度/nm:30
颜色：蓝光乳白色透明液体
由乳液固化后的胶膜的力学性能：
拉伸强度/MPa：6.0 100％定伸应力/MPa:1.8
扯断延长率/％：900 Tg/℃:-46
Tm/℃:170
实施例2：
实施例1所制备乳液在聚氨酯弹性体上的应用实例：
A组分：
名称 添加量KG
去离子水 12
成膜助剂(醇酯十二) 0.39
润湿剂(聚醚改性硅氧烷溶液) 1
蓝色色浆 8.01
钛白粉 2.9
煅烧高岭土 7
重钙 3
流平剂(有机硅改性丙烯酸酯聚合物) 0.5
实施例1所制备的阴离子水性树脂 60
分散剂 1.5
B组分：拜耳3100固化剂
将组分A和组分B按比例A:B＝9：1来制备聚氨酯弹性体。经测，该聚氨酯弹性体的性能或理化参数如下表：
理化指标 性能
容器中的物料状态 无异物、无硬块、易搅起的均匀液体
漆膜外观 漆膜平整光滑
干燥时间 表干15min，烘干1h(60℃)
划格试验，级不大于 1(间距1mm)
铅笔硬度大于等于 H
冲击强度，kg.cm 70
柔韧性，mm小于等于 1
弯曲试验，mm小于等于 2
杯突试验，mm大于等于 3
光泽(60度)大于等于 90
耐水性(240h，40℃) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色、失光
耐汽油性(4h) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色
耐气候性(广州地区24个月) 无明显龟裂、允许轻微变色、抛光后失光率≤20％
耐温变性，级 不大于2
鲜映性，Gd值 0.6-0.8
耐湿热试验，480h， 无变化
耐盐雾试验，480h 无变化
耐酸性，(0.05mol/l硫酸中，7h) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色
耐碱性，(0.1mol/l氢氧化钠中，7h) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色
由此可见，本发明所制备的聚氨酯弹性体综合性能优良，且经济性较强。
实施例3：阴离子水性树脂乳液的制备
产品配方：
产品工艺：
1、PTMG、DMBA、氯化锌和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
2、将温度降低至到80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
3、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入溶剂(乙酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡)，在75-80摄氏度下反应4小时；
4、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；
5、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即可出料。
所得乳液性能如下：
固含量：39.5％ PH值：7.6
粘度(25℃)mPA·s:101 粒度/nm:30
颜色：蓝光乳白色透明液体
由乳液固化后的胶膜的力学性能：
拉伸强度/MPa：6.0 100％定伸应力/MPa:1.9
扯断延长率/％：1180 Tg/℃:-46
Tm/℃:170
由此可见，氯化锌的加入可以显著提高扯断延长率。
实施例4：
实施例3所制备乳液在聚氨酯弹性体上的应用实例：
A组分：
名称 添加量KG
去离子水 12
成膜助剂(醇酯十二) 0.39
润湿剂(聚醚改性硅氧烷溶液) 1
蓝色色浆 8.01
钛白粉 2.9
煅烧高岭土 7
重钙 3
流平剂(有机硅改性丙烯酸酯聚合物) 0.5
实施例3所制备的阴离子水性树脂 60
分散剂 1.5
B组分：拜耳3100固化剂
将组分A和组分B按比例A:B＝9：1来制备聚氨酯弹性体。经测，该聚氨酯弹性体的性能或理化参数如下：
理化指标 性能
容器中的物料状态 无异物、无硬块、易搅起的均匀液体
漆膜外观 漆膜平整光滑
干燥时间 表干15min，烘干1h(60℃)
划格试验，级不大于 1(间距1mm)
铅笔硬度不小于 H
冲击强度，kg.cm 72
柔韧性，mm不大于 1
弯曲试验，mm不大于 2
杯突试验，mm不小于 3
光泽(60度)不小于 白色85，其他色90
耐水性(240h，40℃) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色、失光
耐汽油性(4h) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色
耐气候性(广州地区24个月) 无明显龟裂、允许轻微变色、抛光后失光率≤20％
耐温变性，级不大于 2
鲜映性，Gd值 0.6-0.8
耐湿热试验，480h， 无变化
耐盐雾试验，480h 无变化
耐酸性，(0.05mol/l硫酸中，7h) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色
耐碱性，(0.1mol/l氢氧化钠中，7h) 不起泡、不起皱、不脱落、允许轻微变色
虽然用上述实施方式描述了本发明，应当理解的是，在不背离本发明的精神的前提下，本发明可进行进一步的修饰和变动，且这些修饰和变动均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种阴离子水性树脂乳液，其是由包含以下成分的原料制备的：聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水。
2.根据权利要求1所述的阴离子水性树脂乳液，其中通过包括如下步骤的方法来制备所述阴离子：
(1)、将PTMG、DMBA和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
(2)、将温度降低至80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
(3)、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入乙酸乙酯和二月桂酸二丁基锡，在75-80摄氏度下反应4小时；
(4)、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；和
(5)、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即出料。
3.根据权利要求2所述的阴离子水性树脂乳液，其中聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水的质量比为：40-50：5-6：2.5-3.0：4.5-5.5：3.4-4.0：28-34：0.9-1.1:45-55:0.15-0.25:180-240。
4.根据权利要求3所述的阴离子水性树脂乳液，其中聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡和去离子水的质量比为：47.14：5.5：2.7：5.0：3.75：31：1:50:0.2:200。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的阴离子水性树脂乳液，其是由包含以下成分的原料制备的：聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡、去离子水和氯化锌，
且聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡、去离子水和氯化锌的质量比为：47.14：5.5：2.7：5.0：3.75：31：1:50:0.2:200：1。
6.根据权利要求5所述的阴离子水性树脂乳液，其是通过包括如下步骤的方法制备的：
(1)、PTMG、DMBA、氯化锌和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
(2)、将温度降低至到80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
(3)、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入溶剂(乙酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡)，在75-80摄氏度下反应4小时；
(4)、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；和
(5)、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即出料。
7.制备阴离子水性树脂乳液的方法，其包括如下步骤：
(1)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、氯化锌和三羟甲基丙烷(TMP)，加入到反应釜中，升温至120摄氏度，并在-0.09MPA下保持抽真空2小时；
(2)、将温度降低至80摄氏度，加入NPG,搅拌,直至固体溶剂变成澄清液；
(3)、加入HMDI,搅拌30分钟，再加入乙酸乙酯和二月桂酸二丁基锡，在75-80摄氏度下反应4小时；
(4)、降温到50度，加入三乙胺，搅拌30分钟，加入去离子水和消泡剂，1000转下高速分散，2小时；和
(5)、分散好的溶液升温到80摄氏度，抽真空2小时，即出料，
其中聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、三羟甲基丙烷(TMP)、新戊二醇(NPG)、三乙胺、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、消泡剂、乙酸乙酯、二月桂酸二丁基锡、去离子水和氯化锌的质量比为：47.14：5.5：2.7：5.0：3.75：31：1:50:0.2:200：1。
8.氯化锌在制备具有提高的扯断延长率的阴离子水性树脂中的用途。
9.权利要求1-8中任一项所制备或限定的阴离子水性树脂乳液在制备聚氨酯弹性体材料中的用途。
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