CN109456456A - 水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与聚氨酯地坪漆 - Google Patents

水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与聚氨酯地坪漆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与聚氨酯地坪漆，通过聚醚和离子型单体对多异氰酸酯同时改性获得的水分散型多异氰酸酯固化剂水可分散性非常好、异氰酸根浓度高，耐水性好。本发明还利用所述水分散型多异氰酸酯固化剂制备出了聚氨酯地坪漆，所得聚氨酯地坪漆中光泽低，硬度可以达到2‑3H，耐酸耐碱优异，抗划伤性优异，施工简单，只需要手动搅拌均匀即可。

Description

水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与聚氨酯地坪漆
技术领域
本发明涉及聚氨酯涂料领域，具体地，本发明涉及一种水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与聚氨酯地坪漆。
背景技术
涂料用固化剂是能够在分子间通过化学交联来固化的一类添加剂，可以有效提高涂膜的性能，硬度，干燥速率，粘接力，抗划伤性，耐化学品性等。涂料用固化剂应用非常广泛，可以应用于木器、汽车、塑料、金属、地坪等方面。水分散型多异氰酸酯可以分为两类：非离子型和离子型。非离子型主要指通过亲水的聚醚改性的水分散型多异氰酸酯，离子型指在异氰酸酯的分子上引入了亲水性的离子基团，比如磺酸、羧酸等，然后经过中和成盐而得到的水分散型多异氰酸酯。
单独使用聚醚作为亲水物质对异氰酸酯进行改性，得到的水分散型异氰酸酯需要较大的剪切力，同时需要大量聚醚改性才能得到较好的水分散性，水分散性差，而且大大降低了体系中异氰酸根的浓度，最终漆膜固化时候交联度降低，漆膜综合性能上稍差。目前市场上的离子型改性水分散型异氰酸酯主要是用磺酸单体改性然后经过胺类中和成盐得到，但其耐水性存在不足。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种水性异氰酸酯固化剂及其制备方法，其通过聚醚和离子型单体对多异氰酸酯同时改性获得的水分散型多异氰酸酯固化剂水可分散性非常好、异氰酸根浓度高，耐水性好。
本发明的另一目的在于提供一种聚氨酯地坪漆，其利用所述水分散型多异氰酸酯固化剂作为B组分，与含有羟基的A组分混合制备得到的聚氨酯地坪漆光泽低，硬度可以达到2-3H，耐酸耐碱优异，抗划伤性优异，施工简单，只需要手动搅拌均匀即可。
其技术方案如下：
一种水性异氰酸酯固化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)往反应容器中加入12-20份聚乙二醇单甲醚和5-8份对羟基苯磺酸钠，搅拌升温到65-75℃，加入10-20份溶剂，搅拌均匀；
(2)往反应容器中加入160-220份HDI三聚体，保持温度在55℃-65℃，搅拌均匀；
(3)往反应容器中加入0.4-1份有机锡催化剂，控制在68℃-70℃，保温反应2h，然后检测体系中NCO含量，当体系中NCO含量小于20.0％时，加入0.2-0.5份磷酸阻聚剂，降温，然后过滤即得水性异氰酸酯固化剂。
本发明采用聚乙二醇单甲醚和对羟基苯磺酸钠同时对HDI三聚体进行改性，所得产物中同时具有聚醚链段和苯环磺酸钠链段，使得到的水分散型多异氰酸酯固化剂不需要借助强的剪切力即可在水中分散均匀，水可分散性非常好，异氰酸根浓度高，且耐水性好。HDI与聚乙二醇单甲醚及对羟基苯磺酸钠的反应机理如下：
在其中一个实施例中，所述羟基苯磺酸钠为经过除杂处理的对羟基苯磺酸钠，处理过程为：将对羟基苯磺酸钠于烤箱中90℃-95℃烘烤4h。
在其中一个实施例中，所述聚乙二醇单甲醚为经过除杂处理的聚乙二醇单甲醚，处理过程为：将聚乙二醇单甲醚置于容器中，升温到100℃-105℃，抽真空1.5h-2h，降温备用。
在其中一个实施例中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
在其中一个实施例中，所述HDI三聚体的用量为180-200份。
所述的制备方法制备得到的水性异氰酸酯固化剂。
一种聚氨酯地坪漆，包括如下按重量份计算的组分：
A组分：
B组分：所述水性异氰酸酯固化剂；
其中，所述A组分和B组分的质量比为6:1-8:1；
所述膨润浆为彭润土与水按质量比1:8-1:12打成的浆料。
在其中一个实施例中，所述颜填料为钛白粉、硅微粉、煅烧高岭土。
在其中一个实施例中，所述有机溶剂为丙二醇和二丙二醇甲醚的混合物。
在其中一个实施例中，所述助剂为杀菌剂、流平剂、增稠剂中的一种或多种。
所述聚氨酯地坪漆的制备方法，包括如下步骤：
S1、配制A组分：
(1)将消泡剂、润湿分散剂、水于分散釜中混合，转速500-700r/min，分散5-10min；
(2)加入有机溶剂，继续分散5-10min；
(3)加入颜填料，转速800-1200r/min，分散15-25min；
(4)加入膨润浆，转速600-1000r/min，分散5-10min；
(5)加入丙烯酸分散体，600-1000r/min，分散5-20min；
(6)加入其他助剂，继续分散5-20min；
S2、配制B组分：取水性异氰酸酯固化剂；
将A组分和B组分按质量比6:1-8:1的比例进行混合，搅拌均匀即得所述聚氨酯地坪漆。
在其中一个实施例中，所述制备方法还包括在步骤(5)中加入杀菌剂。
本发明的有益效果在于：本发明采用聚乙二醇单甲醚和对羟基苯磺酸钠同时对HDI三聚体进行改性，使得制备出的水性异氰酸酯固化剂兼具离子型多异氰酸酯水溶性好和非离子型多异氰酸酯耐水性优异的优点；利用所述水性异氰酸酯固化剂制备出的聚氨酯地坪漆光泽低，硬度可以达到2-3H，耐酸耐碱优异，抗划伤性优异。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
以下实施例所用的对羟基苯磺酸钠经过预处理：将对羟基苯磺酸钠置于烤箱中90℃-95℃烘烤4h。
以下实施例所用的聚乙二醇单甲醚经过预处理：将聚乙二醇单甲醚置于容器中，升温到100℃-105℃，抽真空2h，降温备用。
以下实施例所用的丙烯酸分散体为环琦化工Allnex6299。
其他未特别注明型号的原料均为普通市售产品。
实施例1
一种水性异氰酸酯固化剂A，包括如下步骤：
(1)往四口烧瓶中加入12份聚乙二醇单甲醚(Mn＝350)和5份对羟基苯磺酸钠，搅拌升温到68-70℃，加入15份溶剂DMF，搅拌均匀；
(2)往四口烧瓶中加入183份HDI三聚体(拜尔N3600)，保持温度在58℃-60℃，搅拌5-10min；
(3)往四口烧瓶中加入0.5份有机锡催化剂，控制在68℃-70℃，保温反应2h，然后用二正丁胺法检测体系中NCO含量，当体系中NCO含量小于20.0％时，加入0.3份磷酸阻聚剂，并且马上降温，然后过滤即得水性异氰酸酯固化剂A。
经观察，所制备的水性异氰酸酯固化剂A外观半透明。
实施例2
一种水性异氰酸酯固化剂B，包括如下步骤：
(1)往四口烧瓶中加入20份聚乙二醇单甲醚(Mn＝500)和8份对羟基苯磺酸钠，搅拌升温到68-70℃，加入15份溶剂DMF，搅拌均匀；
(2)往四口烧瓶中加入200份HDI三聚体(拜尔N3600)，保持温度在58℃-60℃，搅拌5-10min；
(3)往四口烧瓶中加入0.3份有机锡催化剂，控制在68℃-70℃，保温反应2h，然后用二正丁胺法检测体系中NCO含量，当体系中NCO含量小于20.0％时，加入0.3份磷酸阻聚剂，并且马上降温，然后过滤即得水性异氰酸酯固化剂B。
经观察，所制备的水性异氰酸酯固化剂B外观半透明。
实施例3
一种聚氨酯地坪漆，其组分如下：
A组分：
B组分：水性异氰酸酯固化剂A；
其中，所述A组分和B组分的质量比为8:1；
所述膨润浆为彭润土与水按质量比1:10打成的浆料。
所述聚氨酯地坪漆的制备方法如下：
S1、配制A组分：
(1)将消泡剂、润湿分散剂、水于分散釜中混合，转速600r/min，分散5-10min；
(2)加入有机溶剂丙二醇和二丙二醇甲醚，继续分散5-10min；
(3)加入颜填料钛白粉、硅微粉和煅烧高岭土，转速1000r/min，分散15-25min；
(4)加入膨润浆，转速800r/min，分散5-10min；
(5)加入杀菌剂和丙烯酸分散体，800r/min，分散10min；
(6)加入流平剂、增稠剂，继续分散5-20min；
S2、配制B组分：取水性异氰酸酯固化剂A；
将A组分和B组分按质量比8:1的比例进行混合，搅拌均匀即得所述聚氨酯地坪漆。
实施例4
一种聚氨酯地坪漆，其组分如下：
A组分：
B组分：水性异氰酸酯固化剂A；
其中，所述A组分和B组分的质量比为8:1；
所述膨润浆为彭润土与水按质量比1:10打成的浆料。
所述聚氨酯地坪漆的制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种聚氨酯地坪漆，其组分如下：
A组分：
B组分：水性异氰酸酯固化剂A；
其中，所述A组分和B组分的质量比为8:1；
所述膨润浆为彭润土与水按质量比1:10打成的浆料；
所述聚氨酯地坪漆的制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种聚氨酯地坪漆，其组分和制备过程与实施例1基本相同，区别仅在于，本实施例6所用的B组分为水性异氰酸酯固化剂B。
实施例7
一种聚氨酯地坪漆，其组分和制备过程与实施例1基本相同，区别仅在于，本实施例7所用的A组分和B组分的质量比为6:1。
对比例1
一种水性异氰酸酯固化剂，其制备过程与实施例1基本相同，区别在于，本对比例2是在当体系中NCO含量为21.0％时加入磷酸阻聚剂。
本对比例制备出的异氰酸酯固化剂水可分散性很差，难分散。
异氰酸酯固化剂水可分散性很差的原因在于当NCO含量大于21％的时，接枝到HDI上的聚醚链段、苯环磺酸钠链段不够，HDI上的亲水性基团接枝率低，从而导致异氰酸酯固化剂亲水性不够，最终导致其水可分散性较难。
对比例2
一种聚氨酯地坪漆，其制备过程与实施例1基本相同，区别在于，本对比例1所用的水性异氰酸酯固化剂与实施例1不同，本对比例1所用的水性异氰酸酯固化剂制备过程与水性异氰酸酯固化剂A大致相似，区别在于本对比例对羟基苯磺酸钠的用量为9.2g。
对比例3
一种聚氨酯地坪漆，其组分和制备过程与实施例1基本相同，区别仅在于，本实施例7所用的A组分和B组分的质量比为5:1。
将实施例3-7，对比例2、对比例3制备的聚氨酯地坪漆分散均匀后静置2-5min，然后用200目的细布过滤，然后在地面上滚涂两遍(上一层是环氧中涂)，经过打磨处理，漆膜实干后进行性能测试，测试标准如下：
(1)硬度测试：QHQ-A铅笔硬度计测定涂膜硬度；将仪器平放在试片上，用刀片削铅笔，使笔芯凸出部分约2-5mm，垂直握住铅笔，石墨朝下对着砂纸把石墨芯磨平。再将铅笔插入仪器，使笔芯与试验片接触后并且固定锁紧。用拇指与食指抓在两个轮子中心。将仪器往后往前推约1-2厘米即可移开仪器。观察是否有写划痕。铅笔的硬度由两个相近硬度等级确定，较软的一种铅笔产生一个写痕迹，另一个硬度等级将在涂层上产生一个明显的划痕，从而确定涂膜的硬度。
(2)光泽测试：用100μm的制膜器在黑白卡纸上制备均匀连续的漆膜,等待漆膜实干后,用光泽计(60度)测试漆膜的光泽。
(3)耐水性：用100μm的制膜器在玻璃板上制备均匀连续的漆膜，放入到烤箱中50℃烘烤8h，然后取出来冷却到室温,然后将玻璃板放入到水中侵泡，每隔一段时间观察漆膜是否有发白、起泡现象,持续观察48h。
(4)耐酸碱性：GB/T 9756-2009
测试结果见表1。
表1
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种水性异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）往反应容器中加入12-20份聚乙二醇单甲醚和5-8份对羟基苯磺酸钠，搅拌升温到65-75℃，加入10-20份溶剂，搅拌均匀；
（2）往反应容器中加入160-220份HDI三聚体，保持温度在55℃-65℃，搅拌均匀；
（3）往反应容器中加入0.4-1份有机锡催化剂，控制在68℃-70℃，保温反应2h，然后检测体系中NCO含量，当体系中NCO含量小于20.0%时，加入0.2-0.5份磷酸阻聚剂，降温，然后过滤即得水性异氰酸酯固化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对羟基苯磺酸钠为经过除杂处理的对羟基苯磺酸钠，处理过程为：将对羟基苯磺酸钠于烤箱中90℃-95℃烘烤4h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇单甲醚为经过除杂处理的聚乙二醇单甲醚，处理过程为：将聚乙二醇单甲醚置于容器中，升温到100℃-105℃，抽真空1.5h-2h，降温备用。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
5.权利要求1-4任一权利要求所述的制备方法制备得到的水性异氰酸酯固化剂。
6.一种聚氨酯地坪漆，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
A组分：
丙烯酸分散体 40-50份；
颜填料 25-35份；
膨润浆 1-5份；
消泡剂 0.1-0.5份；
润湿分散剂 0.1-0.5份；
有机溶剂 1-5份；
水 10-20份；
其他助剂 0.5-2份；
B组分：权利要求5所述水性异氰酸酯固化剂；
其中，所述A组分和B组分的质量比为6:1-8:1；
所述膨润浆为彭润土与水按质量比1:8-1:12打成的浆料。
7.根据权利要求6所述的聚氨酯地坪漆，其特征在于，所述颜填料为钛白粉、硅微粉、煅烧高岭土。
8.根据权利要求6所述的聚氨酯地坪漆，其特征在于，所述有机溶剂为丙二醇和二丙二醇甲醚的混合物。
9.根据权利要求6所述的聚氨酯地坪漆，其特征在于，所述助剂为杀菌剂、流平剂、增稠剂中的一种或多种。
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