CN109868053A - 一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理涂料技术领域，具体涉及一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料及其制备方法；其成分包括：六亚甲基二异氰酸酯三聚体、二羟甲基丙酸、聚碳酸酯二醇1000、异佛尔酮二异氰酸酯、季戊四醇三丙烯酸、光引发剂、三乙胺、N，N‑二甲基甲酰胺、二丁基二月桂酸锡、二丙二醇二丙烯酸酯、丙酮、纳米银、聚醚铵盐、纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、去离子水、无水乙醇与适量水；本发明制备的水处理用光固化水性聚氨酯涂料不仅具有优良的耐水、耐腐与耐磨性，还能对污水中的有机物进行催化降解从而达到净化水的效果。

Description

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于水处理涂料技术领域，具体涉及一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

光固化涂料又称光敏涂料，是以紫外光为涂料固化能源，又称紫外光固化涂料。光固化涂料优点是固化时间短（几分之一秒到几分钟）、固化温度低、挥发分低，为省能源、省资源、无公害、高效率的涂料新品种。随着人们环保、能源意识的增强，传统溶剂型涂料因其所含大量挥发性有机化合物（VOC）以及有害空气污染物，使用越来越受到限制。水性涂料是以水为分散介质的一类涂料，具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源和资源等优点。因此，无污染的水性涂料所受的关注度越来越高。用水性涂料逐步代替溶剂型油漆涂料代表了涂料行业的发展方向。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。

水处理装置表面涂覆的涂料要求其具有良好的耐水、耐腐与耐磨性能，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、耐水与耐腐性能不佳的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种水处理用光固化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、耐腐与耐磨性，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：。

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：六亚甲基二异氰酸酯三聚体9.0～12.0份、二羟甲基丙酸4.0～5.5份、聚碳酸酯二醇1000 18.0～24.0份、异佛尔酮二异氰酸酯3.2～3.8份、季戊四醇三丙烯酸13.5～16.5份、光引发剂1.2～1.8份、三乙胺3.2～4.4份、N，N-二甲基甲酰胺6.4～7.0份、二丁基二月桂酸锡0.4～0.6份、二丙二醇二丙烯酸酯15～18份、丙酮30～60份、纳米银6～9份、聚醚铵盐9～13.5份、纳米二氧化钛8～15份、钛酸酯偶联剂5～8份、去离子水16～30份、无水乙醇8～15份与适量水。

优选的，一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、称取聚碳酸酯二醇1000、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与二丁基二月桂酸锡0.2-0.3份记为原料1，将原料1加入到反应釜中，并在120～150 r/min的速度进行搅拌混合，60 min内将六亚甲基二异氰酸酯三聚体滴加到上述混合物中，在50～55 ℃下反应60～90 min后，将温度升至65～68℃，继续反应2 h，得到混合组分A；

b、称取异佛尔酮二异氰酸酯与二丁基二月桂酸锡0.2～0.3份记为原料2，将原料2加入到反应釜中，以80～120 r/min的速度进行搅拌，然后将季戊四醇三丙烯酸酯滴加到上述混合物中，在45～48 ℃下反应120～150 min后，升温至50℃，继续反应90～120 min后，将反应温度升至55～60℃，并在30 min内将混合组分A滴加入反应体系中，加入丙酮调节粘度，反应120 min后，将温度升至65～68℃，继续反应1h后，降至常温，制得混合组分B；

c、将纳米银加入到聚醚铵盐中并在28-34kHz的超声波中混合60～90 min，制得抗菌母液；

d、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在120～150 r/min的速度下搅拌混合30～60 min，然后将混合液在20～35kHz的超声中进行分散60～90 min，制得纳米二氧化钛分散液；

e、将混合组分B升温至30～40℃，加入三乙胺与适量水，在200～260 r/min的速度下搅拌1h后，真空脱去丙酮，然后向上述混合物中分别加入抗菌母液、纳米二氧化钛分散液与二丙二醇二丙烯酸酯，并在120～150 r/min的速度下搅拌30min后，制得所述水处理用光固化水性聚氨酯涂料。

优选的，所述光引发剂选用苯偶酰缩酮、苯酰甲酸酯、二苯甲酮与叔胺类促进剂中的任意一种。

优选的，所述纳米银粒径为1200～1500目。

优选的，所述纳米二氧化钛的粒径为100～1200目。

优选的，步骤b中季戊四醇三丙烯酸酯的滴加速度为0.48～0.55份/min。

优选的，步骤c中纳米银与聚醚铵盐按质量比1:1.5进行投料。

优选的，步骤e中水与混合组分B的质量比为3～4:1。

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光固化水性聚氨酯涂料不仅具有优良的耐水、耐腐与耐磨性，还能对污水中的有机物进行催化降解从而达到净化水的效果。六亚甲基二异氰酸酯三聚体与季戊四醇三丙烯酸的加入提高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，提高了涂膜的耐水性与硬度。二丙二醇二丙烯酸酯作为活性稀释剂的加入能够提高涂膜的物理力学性能与耐抗性。抗菌母液的加入使涂膜具有抗菌性能，减小了因真菌导致的涂膜腐败的风险，提高了涂膜的耐腐性。此外，制备的纳米二氧化钛分散液能使纳米二氧化钛更好的分散于水性聚氨酯中，提高了涂膜的光催化效果。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图。

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：

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：六亚甲基二异氰酸酯三聚体9.0份、二羟甲基丙酸4.5份、聚碳酸酯二醇1000 18.0份、异佛尔酮二异氰酸酯3.4份、季戊四醇三丙烯酸13.5份、光引发剂1.4份、三乙胺3.2份、N，N-二甲基甲酰胺6.6份、二丁基二月桂酸锡0.4份、二丙二醇二丙烯酸酯15份、丙酮30份、纳米银6份、聚醚铵盐9份、纳米二氧化钛8份、钛酸酯偶联剂5份、去离子水16份、无水乙醇8份与适量水。

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、称取聚碳酸酯二醇1000、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与二丁基二月桂酸锡0.2份记为原料1，将原料1加入到反应釜中，并在120 r/min的速度进行搅拌混合，60 min内将六亚甲基二异氰酸酯三聚体滴加到上述混合物中，在50 ℃下反应60 min后，将温度升至65℃，继续反应2 h，得到混合组分A；

b、称取异佛尔酮二异氰酸酯与二丁基二月桂酸锡0.2份记为原料2，将原料2加入到反应釜中，以80 r/min的速度进行搅拌，然后将季戊四醇三丙烯酸酯滴加到上述混合物中，在45 ℃下反应120 min后，升温至50℃，继续反应90 min后，将反应温度升至55℃，并在30min内将混合组分A滴加入反应体系中，加入丙酮调节粘度，反应120 min后，将温度升至65℃，继续反应1h后，降至常温，制得混合组分B；

c、将纳米银加入到聚醚铵盐中并在28kHz的超声波中混合60 min，制得抗菌母液；

d、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在120 r/min的速度下搅拌混合30 min，然后将混合液在20kHz的超声中进行分散60 min，制得纳米二氧化钛分散液；

e、将混合组分B升温至30℃，加入三乙胺与适量水，在200 r/min的速度下搅拌1h后，真空脱去丙酮，然后向上述混合物中分别加入抗菌母液、纳米二氧化钛分散液与二丙二醇二丙烯酸酯，并在120 r/min的速度下搅拌30 min后，制得所述水处理用光固化水性聚氨酯涂料。

光引发剂选用苯偶酰缩酮、苯酰甲酸酯、二苯甲酮与叔胺类促进剂中的任意一种。

纳米银粒径为1200目。

纳米二氧化钛的粒径为1000目。

步骤b中季戊四醇三丙烯酸酯的滴加速度为0.48份/min。

步骤c中纳米银与聚醚铵盐按质量比1:1.5进行投料。

步骤e中水与混合组分B的质量比为3:1。

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80.5°；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50 mL罗丹明B水溶液（10 mg/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63.1%。

实施例2：

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：六亚甲基二异氰酸酯三聚体10.0份、二羟甲基丙酸5.0份、聚碳酸酯二醇1000 为20.0份、异佛尔酮二异氰酸酯3.6份、季戊四醇三丙烯酸14.5份、光引发剂1.6份、三乙胺3.6份、N，N-二甲基甲酰胺6.8份、二丁基二月桂酸锡0.5份、二丙二醇二丙烯酸酯17份、丙酮40份、纳米银7份、聚醚铵盐10.5份、纳米二氧化钛10份、钛酸酯偶联剂6份、去离子水20份、无水乙醇11份与适量水。

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、称取聚碳酸酯二醇1000、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与二丁基二月桂酸锡0.2份记为原料1，将原料1加入到反应釜中，并在130 r/min的速度进行搅拌混合，60 min内将六亚甲基二异氰酸酯三聚体滴加到上述混合物中，在52 ℃下反应70 min后，将温度升至66℃，继续反应2 h，得到混合组分A；

b、称取异佛尔酮二异氰酸酯与二丁基二月桂酸锡0.3份记为原料2，将原料2加入到反应釜中，以90 r/min的速度进行搅拌，然后将季戊四醇三丙烯酸酯滴加到上述混合物中，在46 ℃下反应130 min后，升温至50℃，继续反应100 min后，将反应温度升至56℃，并在30min内将混合组分A滴加入反应体系中，加入丙酮调节粘度，反应120min后，将温度升至66℃，继续反应1h后，降至常温，制得混合组分B；

c、将纳米银加入到聚醚铵盐中并在30kHz的超声波中混合70min，制得抗菌母液；

d、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在130 r/min的速度下搅拌混合40 min，然后将混合液在25kHz的超声中进行分散70 min，制得纳米二氧化钛分散液；

e、将混合组分B升温至35℃，加入三乙胺与适量水，在220 r/min的速度下搅拌1h后，真空脱去丙酮，然后向上述混合物中分别加入抗菌母液、纳米二氧化钛分散液与二丙二醇二丙烯酸酯，并在130r/min的速度下搅拌30min后，制得所述水处理用光固化水性聚氨酯涂料。

光引发剂选用苯偶酰缩酮、苯酰甲酸酯、二苯甲酮与叔胺类促进剂中的任意一种。

纳米银粒径为1300目。

纳米二氧化钛的粒径为1100目。

步骤b中季戊四醇三丙烯酸酯的滴加速度为0.50份/min。

步骤c中纳米银与聚醚铵盐按质量比1:1.5进行投料。

步骤e中水与混合组分B的质量比为3:1。

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81.3°；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50 mL罗丹明B水溶液（10 mg/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3：

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：六亚甲基二异氰酸酯三聚体11.0份、二羟甲基丙酸4.0份、聚碳酸酯二醇1000 22.0份、异佛尔酮二异氰酸酯3.2份、季戊四醇三丙烯酸15.5份、光引发剂1.8份、三乙胺4.0份、N，N-二甲基甲酰胺6.4份、二丁基二月桂酸锡0.5份、二丙二醇二丙烯酸酯18份、丙酮50份、纳米银9份、聚醚铵盐13.5份、纳米二氧化钛12份、钛酸酯偶联剂7份、去离子水25份、无水乙醇15份与适量水。

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、称取聚碳酸酯二醇1000、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与二丁基二月桂酸锡0.3份记为原料1，将原料1加入到反应釜中，并在140 r/min的速度进行搅拌混合，60 min内将六亚甲基二异氰酸酯三聚体滴加到上述混合物中，在54 ℃下反应80 min后，将温度升至67℃，继续反应2 h，得到混合组分A；

b、称取异佛尔酮二异氰酸酯与二丁基二月桂酸锡0.2份记为原料2，将原料2加入到反应釜中，以110 r/min的速度进行搅拌，然后将季戊四醇三丙烯酸酯滴加到上述混合物中，在47 ℃下反应140 min后，升温至50℃，继续反应110 min后，将反应温度升至58℃，并在30min内将混合组分A滴加入反应体系中，加入丙酮调节粘度，反应120min后，将温度升至67℃，继续反应1h后，降至常温，制得混合组分B；

c、将纳米银加入到聚醚铵盐中并在32kHz的超声波中混合80 min，制得抗菌母液；

d、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，然后将混合液在30kHz的超声中进行分散80min，制得纳米二氧化钛分散液；

e、将混合组分B升温至38℃，加入三乙胺与适量水，在240r/min的速度下搅拌1h后，真空脱去丙酮，然后向上述混合物中分别加入抗菌母液、纳米二氧化钛分散液与二丙二醇二丙烯酸酯，并在140r/min的速度下搅拌30min后，制得所述水处理用光固化水性聚氨酯涂料。

光引发剂选用苯偶酰缩酮、苯酰甲酸酯、二苯甲酮与叔胺类促进剂中的任意一种。

纳米银粒径为1400目。

纳米二氧化钛的粒径为1100目。

步骤b中季戊四醇三丙烯酸酯的滴加速度为0.52份/min。

步骤c中纳米银与聚醚铵盐按质量比1:1.5进行投料。

步骤e中水与混合组分B的质量比为4:1。

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82.1°；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50 mL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66.8%。

实施例4：

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其成分按重量份计：六亚甲基二异氰酸酯三聚体12.0份、二羟甲基丙酸5.5份、聚碳酸酯二醇1000为 24.0份、异佛尔酮二异氰酸酯3.8份、季戊四醇三丙烯酸16.5份、光引发剂1.2份、三乙胺4.4份、N，N-二甲基甲酰胺7.0份、二丁基二月桂酸锡0.6份、二丙二醇二丙烯酸酯16份、丙酮60份、纳米银8份、聚醚铵盐12份、纳米二氧化钛15份、钛酸酯偶联剂8份、去离子水30份、无水乙醇13份与适量水。

一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、称取聚碳酸酯二醇1000、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与二丁基二月桂酸锡0.3份记为原料1，将原料1加入到反应釜中，并在150 r/min的速度进行搅拌混合，60 min内将六亚甲基二异氰酸酯三聚体滴加到上述混合物中，在55 ℃下反应90 min后，将温度升至68℃，继续反应2 h，得到混合组分A；

b、称取异佛尔酮二异氰酸酯与二丁基二月桂酸锡0.3份记为原料2，将原料2加入到反应釜中，以120 r/min的速度进行搅拌，然后将季戊四醇三丙烯酸酯滴加到上述混合物中，在48 ℃下反应150 min后，升温至50℃，继续反应120 min后，将反应温度升至60℃，并在30min内将混合组分A滴加入反应体系中，加入丙酮调节粘度，反应120 min后，将温度升至68℃，继续反应1h后，降至常温，制得混合组分B；

c、将纳米银加入到聚醚铵盐中并在34kHz的超声波中混合90 min，制得抗菌母液；

d、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在150 r/min的速度下搅拌混合60 min，然后将混合液在35kHz的超声中进行分散90 min，制得纳米二氧化钛分散液；

e、将混合组分B升温至40℃，加入三乙胺与适量水，在260 r/min的速度下搅拌1h后，真空脱去丙酮，然后向上述混合物中分别加入抗菌母液、纳米二氧化钛分散液与二丙二醇二丙烯酸酯，并在150 r/min的速度下搅拌30 min后，制得所述水处理用光固化水性聚氨酯涂料。

光引发剂选用苯偶酰缩酮、苯酰甲酸酯、二苯甲酮与叔胺类促进剂中的任意一种。

纳米银粒径为1500目。

纳米二氧化钛的粒径为1200目。

步骤b中季戊四醇三丙烯酸酯的滴加速度为0.55份/min。

步骤c中纳米银与聚醚铵盐按质量比1:1.5进行投料。

步骤e中水与混合组分B的质量比为4:1。

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50 mL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%。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其特征在于，其成分按重量份计：六亚甲基二异氰酸酯三聚体9.0～12.0份、二羟甲基丙酸4.0～5.5份、聚碳酸酯二醇1000 18.0～24.0份、异佛尔酮二异氰酸酯3.2～3.8份、季戊四醇三丙烯酸13.5～16.5份、光引发剂1.2～1.8份、三乙胺3.2～4.4份、N，N-二甲基甲酰胺6.4～7.0份、二丁基二月桂酸锡0.4～0.6份、二丙二醇二丙烯酸酯15～18份、丙酮30～60份、纳米银6～9份、聚醚铵盐9～13.5份、纳米二氧化钛8～15份、钛酸酯偶联剂5～8份、去离子水16～30份、无水乙醇8～15份与适量水。

2.根据权利要求1所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、称取聚碳酸酯二醇1000、二羟甲基丙酸、N，N-二甲基甲酰胺与二丁基二月桂酸锡0.2～0.3份记为原料1，将原料1加入到反应釜中，并在120～150 r/min的速度进行搅拌混合，60 min内将六亚甲基二异氰酸酯三聚体滴加到上述混合物中，在50～55 ℃下反应60-90min后，将温度升至65～68℃，继续反应2 h，得到混合组分A；

b、称取异佛尔酮二异氰酸酯与二丁基二月桂酸锡0.2～0.3份记为原料2，将原料2加入到反应釜中，以80～120 r/min的速度进行搅拌，然后将季戊四醇三丙烯酸酯滴加到上述混合物中，在45～48 ℃下反应120～150 min后，升温至50℃，继续反应90～120 min后，将反应温度升至55～60℃，并在30 min内将混合组分A滴加入反应体系中，加入丙酮调节粘度，反应120 min后，将温度升至65～68℃，继续反应1h后，降至常温，制得混合组分B；

c、将纳米银加入到聚醚铵盐中并在28～34kHz的超声波中混合60～90 min，制得抗菌母液；

d、将纳米二氧化钛、钛酸酯偶联剂、无水乙醇与去离子水在120～150 r/min的速度下搅拌混合30～60 min，然后将混合液在20-35kHz的超声中进行分散60～90 min，制得纳米二氧化钛分散液；

e、将混合组分B升温至30～40℃，加入三乙胺与适量水，在200～260 r/min的速度下搅拌1h后，真空脱去丙酮，然后向上述混合物中分别加入抗菌母液、纳米二氧化钛分散液与二丙二醇二丙烯酸酯，并在120～150 r/min的速度下搅拌30 min后，制得所述水处理用光固化水性聚氨酯涂料。

3.根据权利要求1所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其特征在于：所述光引发剂选用苯偶酰缩酮、苯酰甲酸酯、二苯甲酮与叔胺类促进剂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其特征在于：所述纳米银粒径为1200～1500目。

5.根据权利要求1所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料，其特征在于：所述纳米二氧化钛的粒径为1000～1200目。

6.根据权利要求2所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤b中季戊四醇三丙烯酸酯的滴加速度为0.48～0.55份/min。

7.根据权利要求2所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤c中纳米银与聚醚铵盐按质量比1:1.5进行投料。

8.根据权利要求2所述的一种水处理用光固化水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤e中水与混合组分B的质量比为3～4:1。