CN109553748A - 一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯及其制备方法。该水性聚氨酯是以多元醇、二异氰酸酯、亲水单体、多元醇扩链剂、中和剂和胺类扩链剂为原料制成的水性聚氨酯，该水性聚氨酯的固含量为33～37％，常温下的粘度为60～900mpa·s。该水性聚氨酯为淡黄色半透明分散体，其稳定性好，在50℃存放30天不出现沉淀，3000转离心机15min不出现沉淀，其粘度较低，粘度介于60～900mpa·s。该水性聚氨酯适用于PVC或ABS的银粉塑胶漆。

Description

一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料涂层、涂料用聚氨酯制备领域，尤其涉及一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

随着人们环保意识的增强，政府管理措施的加强，市场不断增强对水性聚氨酯的需求。水性聚氨酯是一种设计性强，环保绿色的新型水性高分子材料，可用于织物涂层、涂料、胶黏剂和纤维整理剂等众多领域。水性聚氨酯以水代替传统有机溶剂作为分散介质，应用过程无毒、安全、低VOC，呈现出水性聚氨酯逐步替代溶剂性聚氨酯的趋势。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯及其制备方法，其稳定性好且浓度低，适用于PVC或ABS的银粉塑胶漆。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，该水性聚氨酯是以多元醇、二异氰酸酯、亲水单体、多元醇扩链剂、中和剂和胺类扩链剂为原料制成的水性聚氨酯，该水性聚氨酯的固含量为33～37％，常温下的粘度为60～900mpa·s。

上述水性聚氨酯中，各原料用量为：多元醇62～63重量份，二异氰酸酯28～32重量份，亲水单体3.5～5.5重量份，多元醇扩链剂0.1～1重量份，中和剂2～3重量份，胺类扩链剂1～2重量份。

本发明实施方式还提供一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯的制备方法，用于制备本发明所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，步骤如下：

按上述的水性聚氨酯配方取各原料；

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：将脱水处理后的多元醇、二异氰酸酯、亲水单体和占多元醇、二异氰酸酯和亲水单体总重量30％的酮类溶剂在80～90℃温度下反应2h，然后加入多元醇扩链剂反应1.5～2h，直至-NCO的含量达到理论值，即得到预聚体；

步骤2，中和反应：将所述步骤1制得的预聚体降温至45℃，加入中和剂反应10～15min；

步骤3，乳化分散：向所述步骤2的反应溶液中加入胺类扩链剂和去离子水混合成反应溶液，在高速搅拌分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min得到预乳液；

步骤4，脱酮：采用真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂得到的乳液，即为适用于塑胶漆的水性聚氨酯。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的适用于塑胶漆的水性聚氨酯及其制备方法，其有益效果为：

通过体系的温和性反应，使得该水性聚氨酯不含有有机锡类或胺类催化剂，更加环保、具有分子结构规整、反应条件温和、工艺易于调节的优点；避免预聚体制备过程因为有机溶剂较多，造成冷凝过程的较大热量损失；乳化分散过程预聚体粘度较小，操作简单高效，重复性好。该水性聚氨酯为淡黄色半透明分散体，其在50℃存放30天不出现沉淀，3000转离心机15min不出现沉淀，稳定性好；粘度介于60～900mpa·s，粘度较低，可用于PVC或ABS的银粉塑胶漆。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明实施例提供一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯，该水性聚氨酯是以多元醇、二异氰酸酯、亲水单体、多元醇扩链剂、中和剂和胺类扩链剂为原料制成的水性聚氨酯，该水性聚氨酯的固含量为33～37％，常温下的粘度为60～900mpa·s。

上述水性聚氨酯中，各原料用量为：多元醇62～63重量份，二异氰酸酯28～32重量份，亲水单体3.5～5.5重量份，多元醇扩链剂0.1～1重量份，中和剂2～3重量份，胺类扩链剂1～2重量份。

上述水性聚氨酯中，多元醇采用以下物质中的一种或几种的组合：聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸二乙二醇酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚环氧丙烷二醇。

优选的，多元醇的数均分子量为1000～2000。

上述水性聚氨酯中，二异氰酸酯采用以下物质中的一种或几种的组合：异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯。

优选的，异氰酸酯采用异佛尔酮而异氰酸酯。

上述水性聚氨酯中，亲水单体为以下物质的一种或几种组合：二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠(A95)；

所述多元醇扩链剂采用以下物质的一种或几种的组合：三羟甲基丙烷、二甘醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,3-丁二醇；

所述中和剂采用以下物质中的一种或几种的组合：三乙胺、氢氧化钠；

所述胺类扩链剂采用以下物质的一种或几种组合：乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺。

上述水性聚氨酯中，水性聚氨酯的制成方式如下：

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：将脱水处理后的多元醇、二异氰酸酯、亲水单体和占多元醇、二异氰酸酯和亲水单体总重量30％的酮类溶剂在80～90℃温度下反应2h，然后加入多元醇扩链剂反应1.5～2h，直至-NCO的含量达到理论值，即得到预聚体；

步骤2，中和反应：将所述步骤1制得的预聚体降温至45℃，加入中和剂反应10～15min；

步骤3，乳化分散：向所述步骤2的反应溶液中加入胺类扩链剂和去离子水混合成反应溶液，在高速搅拌分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min得到预乳液；

步骤4，脱酮：采用真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂得到的乳液，即为适用于塑胶漆的水性聚氨酯。

本发明实施例还提供一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯的制备方法，用于本发明所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，步骤如下：

按上述的水性聚氨酯配方取各原料；

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：将脱水处理后的多元醇、二异氰酸酯、亲水单体和占多元醇、二异氰酸酯和亲水单体总重量30％的酮类溶剂在80～90℃温度下反应2h，然后加入多元醇扩链剂反应1.5～2h，直至-NCO的含量达到理论值，即得到预聚体；

步骤2，中和反应：将所述步骤1制得的预聚体降温至45℃，加入中和剂反应10～15min；

步骤3，乳化分散：向所述步骤2的反应溶液中加入胺类扩链剂和去离子水混合成反应溶液，在转速为1000～2000rpm的高速搅拌分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min得到预乳液；

步骤4，脱酮：采用真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂得到的乳液，即为适用于塑胶漆的水性聚氨酯。

上述制备方法的步骤1中，多元醇的脱水处理方式如下：

对多元醇在120℃温度下抽真空脱水2h。

上述制备方法的步骤4中，真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂为：

在50～55℃、0.08～0.09pa条件下，对所述预乳液持续脱酮2～3h。

上述方法步骤1中，加入酮类溶剂占预聚体全部原料总重量的30％。

本发明相较与现有技术有以下优点：

(1)不含有有机锡类或胺类催化剂、没有锡类金属残留，安全环保。

(2)避免预聚体制备过程因为有机溶剂较多，造成冷凝过程的较大热量损失。

(3)乳化分散过程预聚体粘度较小，操作简单高效，重复性好。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

实施例1：

本发明实施例的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其制备方法如下：

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：在三口瓶中加入21重量份的聚己二酸异丙二醇酯二醇和261重量份的聚己二酸新戊二醇酯二醇，在120℃温度下抽真空脱水2h，降温至80～85℃，加入15重量份的DMPA和114重量份丁酮，搅拌20min，然后加入100重量份的IPDI，温度保持80～85℃，反应2h；然后加入1.2重量份的1,4-丁二醇，反应2h,至-NCO的含量达到理论值，即得到含有亲水单体的聚氨酯预聚体；

步骤2，中和反应：将制得的预聚体降温至45℃，向预聚体内加入11重量份的三乙胺进行中和反应10～15min；

步骤3，乳化分散：加入7重量份的乙二胺和745重量份的去离子水混合成反应溶液，一次性加入，在转速为1000rpm的高速分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min；

步骤4，脱酮：设定温度为55℃，压力为0.08～0.09Pa，真空脱酮1～3h，丁酮含量<200ppm，得到固含量为35±2％的水性聚氨酯乳液。

该产品为淡黄色半透明水性聚氨酯分散体，固含量为35±2％，粘度在60～900mpa·s。

实施例2

本发明实施例的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其制备方法如下：

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：在三口瓶中加入242重量份的聚己二酸丁二醇酯二醇在120℃温度下抽真空脱水2h，降温至80-85℃，加入12重量份的DMPA，加入106重量份丙酮，搅拌20min，然后加入100重量份的MDI，温度保持80～85℃，反应2h；然后加入1.2重量份的1,4-丁二醇，反应2h,至-NCO的含量达到理论值，即得到含有亲水单体的聚氨酯预聚体；

步骤2，中和反应：将制得的预警体降温至45℃，向预警体中加入11重量份的三乙胺进行中和反应10～15min；

步骤3，乳化分散：加入7重量份的乙二胺和690重量份去离子水混合成反应溶液，一次性加入，在转速为2000rpm的高速分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min。

步骤4，脱酮处理：设定温度为55℃，压力为0.08～0.09Pa，真空脱酮1～3h，得到固含量为35±2％的水性聚氨酯乳液。

该产品为淡黄色半透明水性聚氨酯分散体，固含量为35±2％，粘度在60-900mpa·s。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，该水性聚氨酯是以多元醇、二异氰酸酯、亲水单体、多元醇扩链剂、中和剂和胺类扩链剂为原料制成的水性聚氨酯，该水性聚氨酯的固含量为33～37％，常温下的粘度为60～900mpa·s。

2.根据权利要求1所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，所述水性聚氨酯中，各原料用量为：多元醇62～63重量份，二异氰酸酯28～32重量份，亲水单体3.5～5.5重量份，多元醇扩链剂0.1～1重量份，中和剂2～3重量份，胺类扩链剂1～2重量份。

3.根据权利要求1或2所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，所述多元醇采用以下物质中的一种或几种的组合：聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸二乙二醇酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚环氧丙烷二醇。

4.根据权利要求3所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，所述多元醇的数均分子量为1000～2000。

5.根据权利要求1或2所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，所述二异氰酸酯采用以下物质中的一种或几种的组合：异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯。

6.根据权利要求1或2所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，所述亲水单体为以下物质的一种或几种组合：二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠；

所述多元醇扩链剂采用以下物质的一种或几种的组合：三羟甲基丙烷、二甘醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,3-丁二醇；

所述中和剂采用以下物质中的一种或几种的组合：三乙胺、氢氧化钠；

所述胺类扩链剂采用以下物质的一种或几种组合：乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺。

7.根据权利要求1或2所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，其特征在于，所述水性聚氨酯的制成方式如下：

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：将脱水处理后的多元醇、二异氰酸酯、亲水单体和占多元醇、二异氰酸酯和亲水单体总重量30％的酮类溶剂在80～90℃温度下反应2h，然后加入多元醇扩链剂反应1.5～2h，直至-NCO的含量达到理论值，即得到预聚体；

步骤2，中和反应：将所述步骤1制得的预聚体降温至45℃，加入中和剂反应10～15min；

步骤3，乳化分散：向所述步骤2的反应溶液中加入胺类扩链剂和去离子水混合成反应溶液，在高速搅拌分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min得到预乳液；

步骤4，脱酮：采用真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂得到的乳液，即为适用于塑胶漆的水性聚氨酯。

8.一种适用于塑胶漆的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至7任一项所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯，步骤如下：

按权利要求1至7任一项所述的水性聚氨酯配方取各原料；

步骤1，制备含有亲水单体的聚氨酯预聚体：将脱水处理后的多元醇、二异氰酸酯、亲水单体和占多元醇、二异氰酸酯和亲水单体总重量30％的酮类溶剂在80～90℃温度下反应2h，然后加入多元醇扩链剂反应1.5～2h，直至-NCO的含量达到理论值，即得到预聚体；

步骤2，中和反应：将所述步骤1制得的预聚体降温至45℃，加入中和剂反应10～15min；

步骤3，乳化分散：向所述步骤2的反应溶液中加入胺类扩链剂和去离子水混合成反应溶液，在转速为1000～2000rpm的高速搅拌分散剪切作用下，搅拌乳化分散20～30min得到预乳液；

步骤4，脱酮：采用真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂得到的乳液，即为适用于塑胶漆的水性聚氨酯。

9.根据权利要求8所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤1中，多元醇的脱水处理方式如下：

对多元醇在120℃温度下抽真空脱水2h。

10.根据权利要求8或9所述的适用于塑胶漆的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤4中，真空减压脱除所述预乳液中的酮类溶剂为：

在50～55℃、0.08～0.09pa条件下，对所述预乳液持续脱酮2～3h。