CN109503798A - 高羟基含量聚氨酯水分散体的制备 - Google Patents

高羟基含量聚氨酯水分散体的制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高羟基含量聚氨酯水分散体的制备。该聚氨酯水分散体，按重量份计包括以下组分：高度支化的羟基封端聚氨酯20～40重量份；有机溶剂0～6重量份；去离子水60～80重量份；PH值调节剂适量。所述的高度支化的羟基封端聚氨酯的酸值范围为3～15mgKOH/g，羟基含量为3～6%，所述的PH值调节剂控制聚氨酯水分散体的PH值为7.5～9.5。其优点是通过使用特殊设计的高羟值高官能度的聚酯多元醇，制备出高羟基含量的聚氨酯水分散体。

Description

高羟基含量聚氨酯水分散体的制备
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种高羟基含量聚氨酯水分散体的制备方法。
背景技术
开发无污染环保型的高性能水性涂料已成为涂料开发的重要方向之一。
热塑性单组分水性聚氨酯涂料发展较早，虽使用方便，也有较满意的机械性能，但其抗溶剂、抗化学品性、耐候性欠佳。为此，近些年来，人们制备出含羟基的聚氨酯水分散体，通过加入水分散型聚异氰酸酯固化剂交联来制备高性能的水性双组分聚氨酯涂料。
目前国内外市场上和研究报导中，含羟基的聚氨酯水分散体通常羟基含量较低，大都小于3%，这致使加入水分散型聚异氰酸酯固化剂交联之后交联密度较低，达不到溶剂型聚氨酯涂料的性能水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供上述高羟基含量聚氨酯水分散体的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：高羟基含量聚氨酯水分散体，按重量百分比计，由以下各组分组成：
高度支化的羟基封端聚氨酯 20～40%
去离子水 60～80%
有机溶剂 0～6%
PH值调节剂 适量；
其中，所述的高度支化的羟基封端聚氨酯的酸值范围为3～15mgKOH/g，羟基含量为3～6%，所述的pH值调节剂控制聚氨酯水分散体的pH值为7.5～9.5；
具体的，高度支化的羟基封端聚氨酯的含量可以为20，22，25，28，30，32，35，38，或40%重量份；
有机溶剂的含量可以为0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，或6.0%重量份；
去离子水的含量可以为60，62，65，68，70，72，75，78，或80%重量份；
pH值调节剂为适量，保证水性聚氨酯的pH值控制在7.5，7.8，8.0，8.2，8.5，8.8，9.0，9.2，或9.5。
在上述方案的基础上，所述的高度支化的羟基封端聚氨酯由按重量百分比计的下述组分制备得到：
高羟值高官能度的聚酯多元醇 10～30%
二羟甲基丙酸 1～3%
异氰酸酯单体 40～70%
封端剂 15～25%
催化剂 0.01～0.05%；
其中，所述高羟值高官能度的聚酯多元醇，其羟值为400～600，官能度为4～8，分子量为350～800。
具体的，高羟值高官能度的聚酯多元醇的含量可以为10，12，15，18，20，22，25，28，或30%重量份；
具体的，二羟甲基丙酸的含量可以为1，1.2，1.5，1.8， 2.0，2.2，2.5，2.8，或3.0%重量份；
具体的，异氰酸酯单体的含量可以为40，42，45，48，50，52，55，58，60，62，65，68，或70%重量份；
具体的，封端剂的含量可以为15，18，20，22，或25%重量份；
具体的，催化剂的含量可以为0.01，0.02，0.03，0.04，或0.05%重量份；
在上述方案的基础上，所述的高羟值高官能度的聚酯多元醇由按重量百分比计的下述组分制备得到：
己二酸 35～50%
三羟甲基丙烷 50～65%；
具体的，己二酸的含量可以为35，38，40，42，45，48，或50%重量份；
具体的，三羟甲基丙烷的含量可以为50，52，55，57，60，62，或65%重量份；
在上述方案的基础上，所述的异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）中的一种。
在上述方案的基础上，所述的催化剂为有机铋或有机锡。
在上述方案的基础上，所述的封端剂为乙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的一种或几种的混合物。
在上述方案的基础上，PH值调节剂为有机胺，包括三乙胺、二甲基乙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等中的一种。
在上述方案的基础上，所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二丙二醇二甲醚中的一种；或用丙酮法合成，最后分离丙酮而成为含微量丙酮的水性聚氨酯。
针对上述的聚氨酯水分散体的制备方法，采用预聚物混合法，先将高羟值高官能度的聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、催化剂、有机溶剂按配方加入反应釜中，再加入异氰酸酯单体在60～80℃反应3至5小时，至不再有羟基被检测出。加入封端剂，再反应3至5小时，至不再有NCO基团被检测出。加入pH值调节剂中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，制得聚氨酯水分散体；或采用丙酮法，先将高羟值高官能度的聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、催化剂、丙酮按配方加入反应釜中，再加入异氰酸酯单体在50～58℃反应3至5小时，至不再有羟基被检测出。加入封端剂，再反应3至5小时，至不再有NCO基团被检测出。加入pH值调节剂中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，最后分离丙酮，制得含微量丙酮的聚氨酯水分散体。
本发明的有益效果是：
本发明获得了高羟基含量聚氨酯水分散体。
具体实施方式
实施例1
聚氨酯水分散体按重量百分比计包括下述组分：
（1）高度支化的羟基封端聚氨酯，30%
其中，按重量百分比计，高羟值高官能度的聚酯多元醇（羟值为461，官能度为6，分子量为730），24.5%；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），52.5%；二羟甲基丙酸，2.4%；1,4-丁二醇（封端剂），20.57%；有机锡（催化剂），0.03%。
（2）N-甲基吡咯烷酮（有机溶剂），5%
（3）去离子水，64.5%
（4）三乙胺（pH值调节剂），0.5%。
制备方法为，采用预聚物混合法，先将高羟值高官能度的聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、有机锡、N-甲基吡咯烷酮按配方加入反应釜中，再加入异氰酸酯单体在70℃反应至不再有羟基被检测出。加入1,4-丁二醇，再反应至不再有NCO基团被检测出。加入三乙胺中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，制得聚氨酯水分散体。
按GB/T 1725-2007方法测试以上聚氨酯水分散体的固含量为30.0%。
实施例2
聚氨酯水分散体按重量百分比计包括下述组分：
（1）高度支化的羟基封端聚氨酯，40%
其中，按重量百分比计，高羟值高官能度的聚酯多元醇（羟值为590.5，官能度为4，分子量为380），23.6%；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），59.2%；二羟甲基丙酸，1.2%；乙二醇（封端剂），15.96%；有机铋（催化剂），0.04%。
（2）丙酮，为高度支化的羟基封端聚氨酯重量份的一倍，最后分离掉，不计入总重量百分比中。
（3）去离子水，59.6%
（4）三乙胺（pH值调节剂），0.4%。
制备方法为，采用丙酮法，先将高羟值高官能度的聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、有机铋、丙酮按配方加入反应釜中，再加入异氰酸酯单体在56℃反应至不再有羟基被检测出。加入乙二醇，再反应至不再有NCO基团被检测出。加入三乙胺中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，制得聚氨酯水分散体，最后分离丙酮，制得含微量丙酮的聚氨酯水分散体。
按GB/T 1725-2007方法测试以上聚氨酯水分散体的固含量为40.0%。

Claims (8)

1.一种高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：按重量百分比计，由以下各组分组成：
其中，所述的高度支化的羟基封端聚氨酯的酸值范围为3～15mgKOH/g，羟基含量为3～6％，所述的pH值调节剂控制聚氨酯水分散体的pH值为7.5～9.5；
其中，所述的高度支化的羟基封端聚氨酯由按重量百分比计的下述组分制备得到：
2.根据权利要求1所述的高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：所述的高羟值高官能度的聚酯多元醇由按重量百分比计的下述组分制备得到：
己二酸 35～50％
三羟甲基丙烷 50～65％；
其中，所述高羟值高官能度的聚酯多元醇，其羟值为400～600，官能度为4～8，分子量为350～800。
3.根据权利要求1所述的高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：所述的异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)中的一种。
4.根据权利要求1所述的高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：所述的催化剂为有机铋或有机锡。
5.根据权利要求1所述的高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：所述的封端剂为乙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：PH值调节剂为有机胺，包括三乙胺、二甲基乙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等中的一种。
7.根据权利要求1所述的高羟基含量聚氨酯水分散体，其特征在于：所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二丙二醇二甲醚中的一种；或用丙酮法合成，最后分离丙酮而成为含微量丙酮的聚氨酯水分散体。
8.针对权利要求1至7之一所述的聚氨酯水分散体的制备方法，其特征在于：采用预聚物混合法，先将高羟值高官能度的聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、催化剂、有机溶剂按配方加入反应釜中，再加入异氰酸酯单体在60～80℃反应3至5小时，至不再有羟基被检测出。加入封端剂，再反应3至5小时，至不再有NCO基团被检测出。加入pH值调节剂中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，制得聚氨酯水分散体；或采用丙酮法，先将高羟值高官能度的聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、催化剂、丙酮按配方加入反应釜中，再加入异氰酸酯单体在50～58℃反应3至5小时，至不再有羟基被检测出。加入封端剂，再反应3至5小时，至不再有NCO基团被检测出。加入pH值调节剂中和，再将上述反应物高速分散至去离子水中，最后分离丙酮，制得含微量丙酮的聚氨酯水分散体。
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