CN109535360A - 一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，通过逐步聚合反应首先合成了羟基封端的低分子量线型的聚芳砜，然后羟基封端的低分子量线型的聚芳砜作为聚合物改性剂参与聚氨酯的预聚、扩链和乳化过程，本发明的聚氨酯树脂分子结构中含有大量聚芳砜单元，因此本发明具有硬度高、耐水性好、耐乙醇性能好、耐高温的优点。

Description

一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液
技术领域
本发明涉及一种水性树脂，尤其涉及一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，属于环保技术领域。
背景技术
涂料水性化是世界涂料发展的主流方向。水性涂料以水作为溶剂或分散介质，除具有一般涂料的特点外，还具有无毒、无味、不易燃烧等特点，符合环保要求而越来越受用户欢迎。水性涂料中的VOC含量、苯系列物、重金属含量大大低于油性涂料，刷涂面积一般是油性涂料的两倍以上，使用方便，可用自来水稀释即可，施工工具、设备极易清洗，属于绿色环保产品。
目前水性木器涂料以及水性工业木器涂料已得到越来越多的应用。但是目前，市场上销售的水性木器涂料产品在完成涂装后硬度、丰满度偏低、耐水性能差、耐溶剂性能极差；目前国内木器清漆普遍采用溶剂型聚氨酯涂料，具有涂膜外观丰满度好、硬度高，大大提高产品档次，具有极强的装饰性，水性木器涂料产品性能低于溶剂型涂料。为克服现有水性家具漆的缺点，本发明采用聚芳砜树脂改性聚氨酯。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液。
本发明采取以下技术方案，一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，按重量份数计，其制备步骤如下：
1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120-150份的二元酚类、130-145份4,4'-二氯二苯砜、10-20份分水溶剂、0.2-0.5份催化剂；然后加热反应釜至140-150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170-175℃，然后170-175℃下保温反应3-4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；
2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N2保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入25-35份二异氰酸酯、8-15份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、7-14份低聚物多元醇、5-10份二羟基丙酸，控制温度70-90℃下反应3-5h，取样检测，当所测得的-NCO值达到15-12%，降温至55-65℃；加入6-12份稀释剂调节体系粘度，在转速为500～600rpm搅拌下加入2-4份小分子醇扩链剂、0.05-0.1份促进剂进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到5-8%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；
3）预先将1-2份有机胺扩链剂溶解到15-25份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入2-3份二甲基乙醇胺，反应0.5-1h；接着加入80-100份的去离子水，同时提高转速至800-1000r/min搅拌乳化0.5-1h，然后降低转速至400-500r/min在10～30min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应1～2h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液。
所述的二元酚类为对苯二酚、1，4-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、1,1'-联-2-萘酚、四溴双酚S中的至少一种。
所述的分水溶剂为环己酮、环戊酮、二甲亚砜、丙二醇二甲醚、丙二醇二丁醚、正丁醚中的至少一种。
所述的催化剂为碳酸氢钾、碳酸钾、对甲基苯磺酰氯、对甲基苯磺酸、溴化碘中的至少一种。
所述二异氰酸酯为HDI、MDI、IPDI、HMDI中的至少一种。
所述低聚物多元醇为聚酯多元醇；所述聚酯多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇中的至少一种，其数均分子量Mn为800-1000。
所述稀释剂为丙酮、丁酮中的至少一种。
所述促进剂为二月桂酸二丁基锡、醋酸锂、三正丁基磷、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种。
所述小分子醇扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,5-戊二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、二甘醇的至少一种。
所述有机胺扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、己二胺、哌嗪中的至少一种。
本发明具有硬度高、耐水性好、耐乙醇性能好、耐高温的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液A，按重量份数计，其制备步骤如下：
1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：150份的1,6-二羟基萘、145份4,4'-二氯二苯砜、20份二甲亚砜、0.5份对甲基苯磺酸；然后加热反应釜至140℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170℃，然后170℃下保温反应3h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；
2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N2保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入28份IPDI、11份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、8份低聚物多元醇（聚己二酸丁二醇酯二元醇，Mn为800）、7份二羟基丙酸，控制温度80℃下反应4h，取样检测，当所测得的-NCO值达到13%，降温至59℃；加入8份丙酮调节体系粘度，在转速为550rpm搅拌下加入3份1,4-丁二醇、0.07份二月桂酸二丁基锡进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到6%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；
3）预先将2份己二胺溶解到25份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入3份二甲基乙醇胺，反应1h；接着加入80份的去离子水，同时提高转速至1000r/min搅拌乳化1h，然后降低转速至500r/min在30min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应2h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液A。
实施例2
一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液B，按重量份数计，其制备步骤如下：
1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120份的四溴双酚S、130份4,4'-二氯二苯砜、10份环己酮、0.2份对甲基苯磺酰氯；然后加热反应釜至150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至175℃，然后175℃下保温反应4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；
2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N2保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入25份MDI、8份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、7份聚己内酯二元醇（Mn为1000）、10份二羟基丙酸，控制温度90℃下反应5h，取样检测，当所测得的-NCO值达到12%，降温至55℃；加入6份丙酮调节体系粘度，在转速为600rpm搅拌下加入4份1,2-丙二醇、0.1份环烷酸锡进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到5%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；
3）预先将1.4份乙二胺溶解到17份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入2.5份二甲基乙醇胺，反应0.7h；接着加入86份的去离子水，同时提高转速至900r/min搅拌乳化0.6h，然后降低转速至450r/min在20min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应1.5h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液B。
实施例3
一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液C，按重量份数计，其制备步骤如下：
1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：142份的1,1'-联-2-萘酚、136份4,4'-二氯二苯砜、15份环戊酮、0.3份溴化碘；然后加热反应釜至147℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至174℃，然后174℃下保温反应3.6h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；
2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N2保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入35份HDI、15份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、14份聚碳酸酯二元醇（Mn为1000）、5份二羟基丙酸，控制温度70℃下反应3h，取样检测，当所测得的-NCO值达到15%，降温至65℃；加入12份丙酮调节体系粘度，在转速为500rpm搅拌下加入2份,6-己二醇、0.05份马来酸二丁基锡进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到8%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；
3）预先将1份己二胺溶解到15份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入2份二甲基乙醇胺，反应0.5h；接着加入100份的去离子水，同时提高转速至800r/min搅拌乳化0.5h，然后降低转速至400r/min在10min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应1h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液C。
以市售木器漆用改性聚氨酯乳液为对比例，在相同条件下在实施例1-3、对比例中添加相同质量分数的相同的润湿分散剂、流平剂、消泡剂（配方完全一样）配制成透明漆，然后相同条件下将上述透明漆喷于橡木板表面，喷三次（厚度约为30微米），漆膜完全干燥后，性能测试结果如下表1：
表1 实施例的性能测试表
铅笔硬度 附着力 耐磨性（GB/T 1768-1979） 耐水性（480h） 耐50%乙醇性（120h）
实施例1 H 0级 0.12g 无变化 无变化
实施例2 2H 0级 0.06g 无变化 无变化
实施例3 H 0级 0.13g 无变化 无变化
对比例 B 0级 0.30g 变白 脱层、有大量气泡
由表1可以看出，本发明实施例的透明漆具有更好的硬度、耐磨性，且其耐水性和耐乙醇性能较好。
尽管本发明已作了详细说明并引用了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，按重量份数计，其制备步骤如下：
1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120-150份的二元酚类、130-145份4,4'-二氯二苯砜、10-20份分水溶剂、0.2-0.5份催化剂；然后加热反应釜至140-150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170-175℃，然后170-175℃下保温反应3-4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；
2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N2保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入25-35份二异氰酸酯、8-15份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、7-14份低聚物多元醇、5-10份二羟基丙酸，控制温度70-90℃下反应3-5h，取样检测，当所测得的-NCO值达到15-12%，降温至55-65℃；加入6-12份稀释剂调节体系粘度，在转速为500～600rpm搅拌下加入2-4份小分子醇扩链剂、0.05-0.1份促进剂进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到5-8%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；
3）预先将1-2份有机胺扩链剂溶解到15-25份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入2-3份二甲基乙醇胺，反应0.5-1h；接着加入80-100份的去离子水，同时提高转速至800-1000r/min搅拌乳化0.5-1h，然后降低转速至400-500r/min在10～30min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应1～2h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液。
2.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述的二元酚类为对苯二酚、1，4-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、1,1'-联-2-萘酚、四溴双酚S中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述的分水溶剂为环己酮、环戊酮、二甲亚砜、丙二醇二甲醚、丙二醇二丁醚、正丁醚中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述的催化剂为碳酸氢钾、碳酸钾、对甲基苯磺酰氯、对甲基苯磺酸、溴化碘中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述二异氰酸酯为HDI、MDI、IPDI、HMDI中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述低聚物多元醇为聚酯多元醇；所述聚酯多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇中的至少一种，其数均分子量Mn为800-1000。
7.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述稀释剂为丙酮、丁酮中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述促进剂为二月桂酸二丁基锡、醋酸锂、三正丁基磷、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述小分子醇扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,5-戊二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、二甘醇的至少一种。
10.根据权利要求1所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，其特征在于，所述有机胺扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、己二胺、哌嗪中的至少一种。
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