CN110467842A - 一种具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，包括如下质量份数的原料：非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物F38用量5‑20份、阴离子型表面活性剂和长链中止剂蓖麻油酸钠用量1‑10份、羟基有机硅用量5‑20份、醇醚溶剂PMA用量0‑50份、多元醇10‑40份、二异氰酸酯HDI和IPDI用量5‑30份、扩链剂二元醇BDO用量1‑20份、羧基二醇用量2‑20份、胺类用量1‑15份。本发明的助剂可将彼此分开的两种功能以化学键整合一起，从而起到避免性能干扰，提升稳定性，一种助剂实现多种功能，减少配料工序，降低使用成本。

Description

一种具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种多功能水性助剂，特别涉及一种具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法。
背景技术
传统的涂料是以树脂，有机溶剂，填料和助剂组合成类的物质。主要作用是修饰物品表面的效果，如调整颜色，光雾度,手感等。在制造和使用时需要再加入溶剂。使用有机溶剂对人体和环境有危害，所以国家加大对油性产品管控，目前这类产品的发展方向以减少或消除有机溶剂为主，在各种环保新型产品中，在其中又以水性产品替代油性产品较容易实现。但是，由于水性产品与油性产品在性能上有很大区别，如低粘度和高表面张力，尤其是水的表面张力与溶剂的区别导致水性产品在直接使用时难以在物品表面润湿，为此水性产品在使用前需要在生产出来的水性树脂中加入大量水性助剂，水性助剂价钱一般比油性高，加入量也比油性大，通常助剂在水性成品材料成本占一半或以上。其中又以水性增稠剂和水性润湿剂用量大。要多次加入助剂后除了导致产品成本大增外，还可能影响体系的储存稳定性。正在大力推进以环保型产品替代的工作，目前在所用替代方案中，以水性替代油性技术相对可行。
但水性涂料与传统产品相比性能有较大差别，尤其对材料表面润湿差，产品粘度低。这些差别导致水性不能直接替代油性，为了解决这些问题，一般都要在水性产品加入多种助剂解决，其中润湿剂和增稠剂是不可缺少的两种。
市场上的高档水性润湿剂和水性增稠剂都要由外国进口，且水性增稠剂和水性润湿剂都是分开购买的，比油性价钱贵且用量大，导致水性产品成本大涨。另外，加入多种不同的助剂会影响体系的稳定和干扰其他性能。
目前，高性能水性助剂多数外国生产垄断，单价高，而且只能满足单一性能。在高性能，多功能水性助剂的研究和生产，国内并不多见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，该可将彼此分开的两种功能以化学键整合一起，从而起到避免性能干扰，提升稳定性，一种助剂实现多种功能，减少配料工序，降低使用成本，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有润湿增稠多功能水性助剂，包括如下质量份数的原料：
非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物F38用量5-20份；
阴离子型表面活性剂和长链中止剂蓖麻油酸钠用量1-10份；
羟基有机硅用量5-20份；
醇醚溶剂PMA用量0-50份；
多元醇10-40份；
二异氰酸酯HDI和IPDI用量5-30份；
扩链剂二元醇BDO用量1-20份；
羧基二醇用量2-20份；
胺类用量1-15份。
进一步地，所述多元醇为已二酸系聚酯多元醇PBA、聚已内酯系或聚碳酸酯系中的一种。
进一步地，所述羧基二醇为二羟甲基丙酸DMPA或二羟甲基丁酸DMBA中的一种。
进一步地，所述胺类为三乙醇胺TEA。
本发明提供另一种技术方案：一种具有润湿增稠多功能水性助剂的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：预聚，先将HDI与含EO多元醇（环氧丙烷环氧乙烷共聚物）先反应，再加入IPDI和有机硅多元醇，反应到NCO值到规范值为止，得到预聚物；
步骤2：扩链，向预聚物中加入羧基二醇反应一段时间，滴加二元醇BDO，等粘度上升到规定值时停止加入，得到半成品；
步骤3：中止中和稀释，向半成品中加入中止剂蓖麻油酸钠，反应到NCO为0，中和剂TEA，视粘度情况补加醇醚类环保溶剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，使用了单羟基脂肪酸盐蓖麻油酸钠，为水性助剂带来有阴离子表面活性剂的润湿效果和大分子单羟基中止剂的增稠效果，在反应最后阶段才加入单羟基脂肪酸盐蓖麻油酸钠，起中止作用，同时挂在外的链段能发挥更好的润湿效果，实现增稠和润湿两种功能，一种助剂实现多种功能，减少配料工序，降低使用成本。
2、本发明提出的具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，所用材料为常规材料，价格低，易采购。
3、本发明提出的具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，将彼此分开的两种功能以化学键整合一起，功能材料以化学键方式连接，体系更加稳定，避免不同性能互相干扰。
4、本发明提出的具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，较大的分子量增加了耐水性，避免一般水性助剂的缺点。
5、本发明提出的具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，含醇醚类环保溶剂，有利于在水中分散和增加挥发速度。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
二异氰酸酯HDI 98.8g，非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物（聚氧化丙烯氧化乙烯共聚物）F38 200g，800C反应1小时加入二异氰酸酯IPDI 22.2g再加入羟基硅油SF-8427100g再反应3小时测NCO值，反应至NCO值2.8mmol/g以下，得预聚物；向预聚物中加入二羟甲基丙酸DMPA 13.4g反应1小时，后开始滴加扩链剂二元醇BDO 20-44.9g（视粘度而定）至粘度达得10000-30000mPa.s/250C半成品，醇醚溶剂PMA 100g半成品，加入蓖麻油酸钠32g反应2小时，直至NCO为0，加入三乙醇胺TEA 11.3g，将产物加入醇醚溶剂PMA 600g中高速分散20分钟得成品，成品粘度可达20000mpa.s，不挥发份42%的增稠润湿剂，制备步骤如图1。按1-3%加水性PUA中，可使表面张力系数降到28mN/m，粘度可到1000mpa.s达到一般油性涂料的使用效果，可用于PU人合成革表面处理。
实施例2
醇醚溶剂PMA 400g，二异氰酸酯HDI 98.8g，非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物（聚氧化丙烯氧化乙烯共聚物）F38 100g，多元醇PEG2000 100g800C反应1小时，再加入二异氰酸酯IPDI 22.2g，羟基硅油SF-8427 100g再反应3小时测NCO值2.8mmol/g以下，得预聚物；向预聚物中加入二羟甲基丙酸DMPA13.4g反应1小时，后开始滴加扩链剂二元醇BDO 20-44.9g（视粘度而定）至粘度达10000-30000mPa.s/250C得半成品，加入蓖麻油酸钠32g反应2小时，直至NCO为0，加入三乙醇胺TEA13g,PMA100g，高速分散30分钟得成品，成品粘度可达20000mPa.s/250C，不挥发份50%。按1%加入水性聚氨酯树脂中要使表面张力系数降至30mN/m，可达到一般油性涂料的效果，可应用于人造革表面刮涂处理。
实施例3
醇醚溶剂PMA 300g，二异氰酸酯HDI42g，非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物（聚氧化丙烯氧化乙烯共聚物）F38 150g，800C反应1小时加入二异氰酸酯IPDI22.2g，羟基硅油SF-8427 150g再反应3小时测NCO值0.74mmol/g以下，得预聚物；向预聚物中加入二羟甲基丙酸DMPA13.4g反应1小时，后开始滴加扩链剂二元醇BDO 6-13g（视粘度而定）至粘度达20000-30000mPa.s/250C得半成品，加入蓖麻油酸钠32g反应2小时，直至NCO为0，加入三乙醇胺TEA 13g高速分散30分钟得成品，本水性助剂有机硅含量高，润湿效果好，成品粘度为30000mPa.s/250C，不挥发份63%。按1-3%加入水性聚氨酯树脂中，可使粘度达500mPa.s/250C以上，表面张力系数28mN/m以下，润湿效果良好，可达到一般油性涂料的效果。
实施例4
醇醚溶剂PMA500g，二异氰酸酯HDI 42g，非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物（聚氧化丙烯氧化乙烯共聚物）F38 500g，800C反应1小时加入二异氰酸酯IPDI 22.2g，再反应3小时测NCO值0.47mmol/g以下，再加入二羟甲基丙酸DMPA13.4g反应1小时，后开始滴加扩链剂二元醇BDO6-13.5g（视粘度而定）至粘度达得20000-30000mPa.s/250C半成品，加入蓖麻油酸钠32中止反应2小时，直至NCO为0，加入三乙醇胺TEA 12g，再加入醇醚溶剂PMA 125g高速分散20分钟得成品，成品粘度可达15000mPa.s/250C以上，不挥发份50%。本水性助剂增稠效果较好，并有一定润湿效果，1%的加入量可使PUA乳液粘度达1000mPa.s/250C以上，表面张力系数30mN/m以下，可作为一般涂饰剂使用。
实施例5
醇醚溶剂PMA500g，二异氰酸酯HDI 42g，非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物（聚氧化丙烯氧化乙烯共聚物）F38 500g，800C反应1小时加入二异氰酸酯IPDI 22.2g，再反应3小时测NCO值0.47mmol/g以下，再加入二羟甲基丁酸DMBA13.4g反应1小时，后开始滴加扩链剂二元醇BDO6-13.5g（视粘度而定）至粘度达得30000mPa.s/250C半成品，加入蓖麻油酸钠32中止反应2小时，直至NCO为0，加入三乙醇胺TEA 12g，再加入醇醚溶剂PMA 125g高速分散20分钟得成品，成品粘度可达15000mPa.s/250C以上，不挥发份50%。本水性助剂增稠效果较好，并有一定润湿效果，1%的加入量可使PUA乳液粘度达900mPa.s/250C以上，表面张力系数30mN/m以下，可作为一般涂饰剂使用。
实施例1-5利用具有润湿功能的有机硅，阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂，选择其中带羟基的组分作为反应基团制备水性润湿剂；二异氰酸酯HDI与含环氧乙烷（EO）多元醇，长链单羟基中止剂反应产物有增稠效果。将上述材料以一定方式进行反应，得到的产物可作为水性增稠润湿剂使用。目前的水性润湿助剂中，有有机硅类，有机氟类，阴离子型，阳离子型，阴阳离子型，两性离子型和非离子型，但基本为外添加型，并不参与反应。选择其中带可参与助剂反应的基团材料，在合成水性助剂时以嵌段共聚或接枝方式带入，使产品带润湿性能。选用带羟基且有润湿效果的材料如环氧丙烷环氧乙烷共聚物，属非离子型润湿剂，含双羟基；有机硅润湿剂，可选用聚醚改性或聚酯改性有机硅，使之引入羟基；脂肪酸盐润湿剂，选用带单羟基的蓖麻酸钠盐或钾盐，作为长链中止剂使用，长链中止剂在合成助剂增稠剂起特殊作用。
而水性涂料所用的增稠剂大多为缔合型助剂增稠剂，而合成缔合型助剂增稠剂的材料主要包括二异氰酸酯HDI;多元醇PEG或含高环氧乙烷（EO）比例的共聚物，这里选用环氧丙烷环氧乙烷共聚物F38，具有分子量在大EO含量高的特点，同时有利于增稠效果和润湿效果；还有长链中止剂，这里选用含一个羟基的蓖麻油酸钠，作为长碳链单羟基中止剂可带来增稠效果，结合了钠离子又成为了理想的阴离子润湿剂。以上所用的合成增稠剂原材料，都可以在合成水性助剂涂料整合一起，共同参与反应。
本发明的实施例1-5均使用了单羟基脂肪酸盐蓖麻油酸钠，为水性助剂带来有阴离子表面活性剂的润湿效果和大分子单羟基中止剂的增稠效果，并且在反应最后阶段才加入单羟基脂肪酸盐蓖麻油酸钠，起中止作用，同时挂在外的链段能发挥更好的润湿效果。加入羟基有机硅，利用嵌在链段中的有机硅降低表面张力增加润湿效果。加入含EO链段共聚醚和HDI反应，使产物有了高增稠效果和带入非离子型润湿剂的润湿效果。少量的可水溶环保性醇醚类溶剂可提高助剂在水性产品的分散效果。二异氰酸酯HDI和二异氰酸酯IPDI组合能平衡产品结晶需要和溶解需要，保证产品贮存稳定性。使用了共聚醚F38，具有非离子型的润湿剂润湿效果，高EO含量和大分子量保证了增稠效果。以蓖麻油酸钠为中止剂。蓖麻油酸钠本身有长主链，而仅有的一个羟基是长链中止剂，是起增稠效果的主要材料。
综上所述：本发明具有润湿增稠多功能水性助剂及其制作方法，在合成水性助剂过程中使用了带润湿和增稠功能的材料，使合成的水性助剂带润湿和增稠效果。本发明是在生产水性助剂过程中引入具有有增稠作用和润湿作用反应物，这些反应物是常规材料，价格不高，比一般助剂材料成本低，另外由于是以化学键的方式结合，同时解决了不同助剂的彼此干扰和体系不稳定问题，实现增稠和润湿两种功能，制作简单，减少了使用用量和加料次数，而且成本也可以在幅下降。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有润湿增稠多功能水性助剂，包括如下质量份数的原料：
非离子型润湿剂环氧丙烷环氧乙烷共聚物F38用量5-20份；
阴离子型表面活性剂和长链中止剂蓖麻油酸钠用量1-10份；
羟基有机硅用量5-20份；
醇醚溶剂PMA用量0-50份；
多元醇10-40份；
二异氰酸酯HDI和IPDI用量5-30份；
扩链剂二元醇BDO用量1-20份；
羧基二醇用量2-20份；
胺类用量1-15份。
2.根据权利要求1所述的一种具有润湿增稠多功能水性助剂，其特征在于，所述多元醇为已二酸系聚酯多元醇PBA、聚已内酯系或聚碳酸酯系中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有润湿增稠多功能水性助剂，其特征在于，所述羧基二醇为二羟甲基丙酸DMPA或二羟甲基丁酸DMBA中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有润湿增稠多功能水性助剂，其特征在于，所述胺类为三乙醇胺TEA。
5.一种如权利要求1所述的具有润湿增稠多功能水性助剂的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：预聚，先将HDI与含EO多元醇（环氧丙烷环氧乙烷共聚物）先反应，再加入IPDI和有机硅多元醇，反应到NCO值到规范值为止，得到预聚物；
步骤2：扩链，向预聚物中加入羧基二醇反应一段时间，滴加二元醇BDO，等粘度上升到规定值时停止加入，得到半成品；
步骤3：中止中和稀释，向半成品中加入中止剂蓖麻油酸钠，反应到NCO为0，中和剂TEA，视粘度情况补加醇醚类环保溶剂。
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