CN108424719A - 一种水处理用水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保涂料制备技术领域，具体涉及一种水处理用水性聚氨酯涂料及其制备方法；其成分包括：异佛尔酮二异氰酸酯、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、二丁基二月桂酸锡、全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三乙胺、丙酮、填料、纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇、去离子水、异氰酸酯固化剂与水，本发明制备的水处理用水性聚氨酯涂料不仅具优良的耐水性、耐磨性与光催化性能，三羟基丙烷的加入提高了涂膜的交联密度，全氟聚醚二醇的加入能够有效降低涂膜的表面能与摩擦系数，使涂膜的耐水性与耐磨性能得到提升，此外，制备的纳米二氧化钛分散液能使纳米二氧化钛能够在水中更好高的分散，使涂料具有光催化的效果。

Description

一种水处理用水性聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保涂料制备技术领域，具体涉及一种水处理用水性聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术
水处理目的是提高水质，使之达到某种水质标准。按处理方法的不同，有物理水处理、化学水处理、生物水处理等多种。按处理对象或目的的不同，有给水处理和废水处理两大类。给水处理包括生活饮用水处理和工业用水处理两类；废水处理又有生活污水处理和工业废水处理之分。其中，与热工技术关系特别密切的有从属于工业用水处理范畴的锅炉给水处理、补给水处理、汽轮机主凝结水处理以及循环水处理等。水处理对发展工业生产、提高产品质量，保护人类环境、维护生态平衡具有重要的意义。其中光催化技术在废水净化处理方面具有巨大潜力具有广阔的应用前景。
双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化学品、耐侯性好等优越性能，因而广泛作为工业防护、木器家具和汽车涂料。随着各国环保法规的健全和环保意识的增强，传统溶剂型聚氨酯涂料中的挥发性有机化合物（VOC）的排放量愈来愈受到严格限制。水性涂料以水为分散介质，具有不燃、无毒、不污染环境和节省能源等优点。水性双组分聚氨酯涂料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。
水处理装置表面涂覆的涂料要求其具有良好的耐水与耐磨性能，但目前，传统方法合成的水性聚氨酯多为线性结构固化时交联度不足，导致水性聚氨酯涂膜普遍存在硬度低、耐磨性差、耐水性不佳的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种水处理用水性聚氨酯涂料及其制备方法，所制备的水性聚氨酯涂膜的不仅具有优良的耐水性与耐磨性，同时还具有光催化功能，能够降解废水中的有机物。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种水处理用水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：异佛尔酮二异氰酸酯35-50份、三羟基丙烷2-5份、二羟甲基丙酸4.5-7.5份、二丁基二月桂酸锡0.3-0.5份、全氟聚醚二醇30-60份、聚醚二醇90-180份、三乙胺3-5份、丙酮60-80份、填料20-30份、纳米二氧化钛8-15份、钛酸酯偶联剂5-8份、无水乙醇8-15份、去离子水16-30份、异氰酸酯固化剂36.2-42.3份与230-280水。
优选的，一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与丙酮加入到反应釜中，并在50-55℃，60-80r/min的条件下进行回流搅拌混合，然后加入二丁基二月桂酸锡，并将异佛尔酮二异氰酸酯滴加入反应釜，滴加完后将反应温度升至60-65℃，继续反应60-90min后，将反应温度降至30-40℃，然后加入三乙胺，在450-600r/min的搅拌速度下加水乳化，乳化过程中加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调整体系pH值至8-9，搅拌45-60min后，旋蒸除去丙酮，得到水性聚氨酯多元醇组分；
b、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在120-150r/min的速度下搅拌混合30-60min，然后将混合液进行超声分散60-90min，制得纳米二氧化钛分散液；
c、将步骤b制得的纳米二氧化钛分散液与填料加入到步骤a制得的水性聚氨酯多元醇组分中，并在180-200r/min的速度下搅拌50-80min，制得混合组分A；
d、向步骤c制得的组分A中加入异氰酸酯固化剂，搅拌混合，静置10-15min后即制得水性聚氨酯涂料。
优选的，所述填料由重晶石粉、晶体碳酸钙、片状滑石粉、高岭土和白云石粉按质量比2:3:1:4:3组成。
优选的，步骤a中三羟基丙烷和二羟甲基丙酸的总质量与N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。
优选的，步骤a中三乙胺与二羟基丙酸按质量比1.5:1进行投料。
优选的，步骤a中全氟聚醚二醇与聚醚二醇按质量比1:3进行投料。
优选的，步骤b中超声分散功率为20-35KHz。
采用上述的技术方案，本发明达到的有益效果是：
本发明制备的水处理用水性聚氨酯涂料不仅具优良的耐水性与耐磨性，还能对污水中的有机物进行降解。三羟基丙烷的加入增大了分子链的支化程度，有效提高了涂膜的交联密度，降低了涂膜的渗透性，提高了涂层的耐水性与硬度。全氟聚醚二醇的加入能够有效降低涂膜的表面能与摩擦系数，使涂膜的耐水性与耐磨性能得到提升。此外，制备的纳米二氧化钛分散液能使纳米二氧化钛能够在水中更好高的分散，使涂料具有光催化的效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种水处理用水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：异佛尔酮二异氰酸酯35份、三羟基丙烷5份、二羟甲基丙酸4.5份、二丁基二月桂酸锡0.3份、全氟聚醚二醇30份、聚醚二醇90份、三乙胺3份、丙酮80份、填料20份、纳米二氧化钛8份、钛酸酯偶联剂6份、无水乙醇10份、去离子水16份、异氰酸酯固化剂36.2份与230水。
一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与丙酮加入到反应釜中，并在50℃，60r/min的条件下进行回流搅拌混合，然后加入二丁基二月桂酸锡，并将异佛尔酮二异氰酸酯滴加入反应釜，滴加完后将反应温度升至60℃，继续反应60min后，将反应温度降至30℃，然后加入三乙胺，在450r/min的搅拌速度下加水乳化，乳化过程中加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调整体系pH值至8，搅拌45min后，旋蒸除去丙酮，得到水性聚氨酯多元醇组分；
b、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在120r/min的速度下搅拌混合30min，然后将混合液进行超声分散60min，制得纳米二氧化钛分散液；
c、将步骤b制得的纳米二氧化钛分散液与填料加入到步骤a制得的水性聚氨酯多元醇组分中，并在180r/min的速度下搅拌50min，制得混合组分A；
d、向步骤c制得的组分A中加入异氰酸酯固化剂，搅拌混合，静置10min后即制得水性聚氨酯涂料。
填料由重晶石粉、晶体碳酸钙、片状滑石粉、高岭土和白云石粉按质量比2:3:1:4:3组成。
步骤a中三羟基丙烷和二羟甲基丙酸的总质量与N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。
步骤a中三乙胺与二羟基丙酸按质量比1.5:1进行投料。
步骤a中全氟聚醚二醇与聚醚二醇按质量比1:3进行投料。
步骤b中超声分散功率为20KHz。
涂膜性能测试：通过实施例1制备的水性聚氨酯涂料的表面光滑；铅笔硬度2H；涂层水接触角为81.9°；水中浸泡168h不发白、不起泡、不脱落；涂膜附着力0级，耐冲击性70cm。
光催化效果测试：将实施例1制备的水性聚氨酯涂料涂于5*5cm的长方形马口铁片上（涂抹厚度0.3mm）并干燥成膜，将附有涂膜的马口铁放入50ml罗丹明B水溶液（10mg/L）中，以160W汞灯为光源，汞灯照射12h小时后，水中罗丹明B分解率为65.1%。
实施例2：
一种水处理用水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：异佛尔酮二异氰酸酯40份、三羟基丙烷3份、二羟甲基丙酸6.0份、二丁基二月桂酸锡0.4份、全氟聚醚二醇40份、聚醚二醇120份、三乙胺4份、丙酮75份、填料26份、纳米二氧化钛10份、钛酸酯偶联剂5份、无水乙醇12份、去离子水20份、异氰酸酯固化剂42.3份与50水。
一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与丙酮加入到反应釜中，并在52℃，65r/min的条件下进行回流搅拌混合，然后加入二丁基二月桂酸锡，并将异佛尔酮二异氰酸酯滴加入反应釜，滴加完后将反应温度升至62℃，继续反应70min后，将反应温度降至33℃，然后加入三乙胺，在500r/min的搅拌速度下加水乳化，乳化过程中加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调整体系pH值至8，搅拌50min后，旋蒸除去丙酮，得到水性聚氨酯多元醇组分；
b、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在130r/min的速度下搅拌混合40min，然后将混合液进行超声分散70min，制得纳米二氧化钛分散液；
c、将步骤b制得的纳米二氧化钛分散液与填料加入到步骤a制得的水性聚氨酯多元醇组分中，并在185r/min的速度下搅拌60min，制得混合组分A；
d、向步骤c制得的组分A中加入异氰酸酯固化剂，搅拌混合，静置12min后即制得水性聚氨酯涂料。
填料由重晶石粉、晶体碳酸钙、片状滑石粉、高岭土和白云石粉按质量比2:3:1:4:3组成。
步骤a中三羟基丙烷和二羟甲基丙酸的总质量与N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。
步骤a中三乙胺与二羟基丙酸按质量比1.5:1进行投料。
步骤a中全氟聚醚二醇与聚醚二醇按质量比1:3进行投料。
步骤b中超声分散功率为25KHz。
涂膜性能测试：通过实施例2制备的水性聚氨酯涂料的表面光滑；铅笔硬度2H；涂层水接触角为82.3°；水中浸泡168h不发白、不起泡、不脱落；涂膜附着力0级，耐冲击性75cm。
光催化效果测试：将实施例2制备的水性聚氨酯涂料涂于5*5cm的长方形马口铁片上（涂抹厚度0.3mm）并干燥成膜，将附有涂膜的马口铁放入50ml罗丹明B水溶液（10mg/L）中，以160W汞灯为光源，汞灯照射12h小时后，水中罗丹明B分解率为68.1%。
实施例3：
一种水处理用水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：异佛尔酮二异氰酸酯45份、三羟基丙烷4份、二羟甲基丙酸6.0份、二丁基二月桂酸锡0.4份、全氟聚醚二醇50份、聚醚二醇150份、三乙胺4份、丙酮60份、填料23份、纳米二氧化钛12份、钛酸酯偶联剂8份、无水乙醇8份、去离子水25份、异氰酸酯固化剂38.3份与270水。
一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与丙酮加入到反应釜中，并在54℃，75r/min的条件下进行回流搅拌混合，然后加入二丁基二月桂酸锡，并将异佛尔酮二异氰酸酯滴加入反应釜，滴加完后将反应温度升至64℃，继续反应80min后，将反应温度降至38℃，然后加入三乙胺，在550r/min的搅拌速度下加水乳化，乳化过程中加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调整体系pH值至9，搅拌55min后，旋蒸除去丙酮，得到水性聚氨酯多元醇组分；
b、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在140r/min的速度下搅拌混合50min，然后将混合液进行超声分散80min，制得纳米二氧化钛分散液；
c、将步骤b制得的纳米二氧化钛分散液与填料加入到步骤a制得的水性聚氨酯多元醇组分中，并在195r/min的速度下搅拌70min，制得混合组分A；
d、向步骤c制得的组分A中加入异氰酸酯固化剂，搅拌混合，静置14min后即制得水性聚氨酯涂料。
填料由重晶石粉、晶体碳酸钙、片状滑石粉、高岭土和白云石粉按质量比2:3:1:4:3组成。
步骤a中三羟基丙烷和二羟甲基丙酸的总质量与N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。
步骤a中三乙胺与二羟基丙酸按质量比1.5:1进行投料。
步骤a中全氟聚醚二醇与聚醚二醇按质量比1:3进行投料。
步骤b中超声分散功率为30KHz。
涂膜性能测试：通过实施例3制备的水性聚氨酯涂料的表面光滑；铅笔硬度2H；涂层水接触角为83.1°；水中浸泡168h不发白、不起泡、不脱落；涂膜附着力0级，耐冲击性70cm。
光催化效果测试：将实施例3制备的水性聚氨酯涂料涂于5*5cm的长方形马口铁片上（涂抹厚度0.3mm）并干燥成膜，将附有涂膜的马口铁放入50ml罗丹明B水溶液（10mg/L）中，以160W汞灯为光源，汞灯照射12h小时后，水中罗丹明B分解率为67.8%。
实施例4：
一种水处理用水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：异佛尔酮二异氰酸酯50份、三羟基丙烷2份、二羟甲基丙酸7.5份、二丁基二月桂酸锡0.5份、全氟聚醚二醇60份、聚醚二醇180份、三乙胺5份、丙酮70份、填料30份、纳米二氧化钛15份、钛酸酯偶联剂7份、无水乙醇15份、去离子水30份、异氰酸酯固化剂40.3份与280水。
一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与丙酮加入到反应釜中，并在55℃，80r/min的条件下进行回流搅拌混合，然后加入二丁基二月桂酸锡，并将异佛尔酮二异氰酸酯滴加入反应釜，滴加完后将反应温度升至65℃，继续反应90min后，将反应温度降至40℃，然后加入三乙胺，在600r/min的搅拌速度下加水乳化，乳化过程中加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调整体系pH值至9，搅拌60min后，旋蒸除去丙酮，得到水性聚氨酯多元醇组分；
b、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在150r/min的速度下搅拌混合60min，然后将混合液进行超声分散90min，制得纳米二氧化钛分散液；
c、将步骤b制得的纳米二氧化钛分散液与填料加入到步骤a制得的水性聚氨酯多元醇组分中，并在200r/min的速度下搅拌80min，制得混合组分A；
d、向步骤c制得的组分A中加入异氰酸酯固化剂，搅拌混合，静置15min后即制得水性聚氨酯涂料。
填料由重晶石粉、晶体碳酸钙、片状滑石粉、高岭土和白云石粉按质量比2:3:1:4:3组成。
步骤a中三羟基丙烷和二羟甲基丙酸的总质量与N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。
步骤a中三乙胺与二羟基丙酸按质量比1.5:1进行投料。
步骤a中全氟聚醚二醇与聚醚二醇按质量比1:3进行投料。
步骤b中超声分散功率为35KHz。
涂膜性能测试：通过实施例2制备的水性聚氨酯涂料的表面光滑；铅笔硬度2H；涂层水接触角为83.3°；水中浸泡168h不发白、不起泡、不脱落；涂膜附着力0级，耐冲击性75cm。
光催化效果测试：将实施例2制备的水性聚氨酯涂料涂于5*5cm的长方形马口铁片上（涂抹厚度0.3mm）并干燥成膜，将附有涂膜的马口铁放入50ml罗丹明B水溶液（10mg/L）中，以160W汞灯为光源，汞灯照射12h小时后，水中罗丹明B分解率为68.8%。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种水处理用水性聚氨酯涂料，其特征在于，其成分按重量份计：异佛尔酮二异氰酸酯35-50份、三羟基丙烷2-5份、二羟甲基丙酸4.5-7.5份、二丁基二月桂酸锡0.3-0.5份、全氟聚醚二醇30-60份、聚醚二醇90-180份、三乙胺3-5份、丙酮60-80份、填料20-30份、纳米二氧化钛8-15份、钛酸酯偶联剂5-8份、无水乙醇8-15份、去离子水16-30份、异氰酸酯固化剂36.2-42.3份与230-280水。
2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将全氟聚醚二醇、聚醚二醇、三羟基丙烷、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与丙酮加入到反应釜中，并在50-55℃，60-80r/min的条件下进行回流搅拌混合，然后加入二丁基二月桂酸锡，并将异佛尔酮二异氰酸酯滴加入反应釜，滴加完后将反应温度升至60-65℃，继续反应60-90min后，将反应温度降至30-40℃，然后加入三乙胺，在450-600r/min的搅拌速度下加水乳化，乳化过程中加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调整体系pH值至8-9，搅拌45-60min后，旋蒸除去丙酮，得到水性聚氨酯多元醇组分；
b、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在120-150r/min的速度下搅拌混合30-60min，然后将混合液进行超声分散60-90min，制得纳米二氧化钛分散液；
c、将步骤b制得的纳米二氧化钛分散液与填料加入到步骤a制得的水性聚氨酯多元醇组分中，并在180-200r/min的速度下搅拌50-80min，制得混合组分A；
d、向步骤c制得的组分A中加入异氰酸酯固化剂，搅拌混合，静置10-15min后即制得水性聚氨酯涂料。
3.根据权利要求1所述的一种水处理用水性聚氨酯涂料，其特征在于：所述填料由重晶石粉、晶体碳酸钙、片状滑石粉、高岭土和白云石粉按质量比2:3:1:4:3组成。
4.根据权利要求2所述的一种水处理用水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤a中三羟基丙烷和二羟甲基丙酸的总质量与N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。
5.根据权利要求2所述的一种双组份水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤a中三乙胺与二羟基丙酸按质量比1.5:1进行投料。
6.根据权利要求2所述的一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤a中全氟聚醚二醇与聚醚二醇按质量比1:3进行投料。
7.根据权利要求2所述的一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤b中超声分散功率为20-35KHz。
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