CN111471161A - 一种水性聚氨酯乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯乳液，按重量份计，其配方由以下组成：聚碳酸亚丙酯二醇80～120份、水溶性磺酸聚酯多元醇30～50份、二异氰酸酯45～55份、亲水扩链剂10～12份、成盐剂7～9份、水270～300份和含有氟碳基团的封端剂0.5～1份、防霉剂1～2份、增稠剂0.5～1份、消泡剂0.5～1份及水性色浆1～5份。本发明还涉及一种水性聚氨酯乳液的制备方法。本发明提供的水性聚氨酯乳液具备操作方便、颜色易调整、快速固化、附着力强的特点，可应用于PU包边玻璃产品的修复。

Description

一种水性聚氨酯乳液及其制备方法

技术领域：

本发明涉及水性聚氨酯乳液领域，具备操作方便、颜色易调整、快速固化、附着力强的特点，可应用于PU包边玻璃产品的修复。

背景技术：

包边玻璃是汽车安全玻璃的新型产品，玻璃周边上的包边设计使玻璃与车体更紧密地结合在一起，提高了汽车生产线装配直通率、缩短装配周期，并有增强玻璃强度、提高密封性、降低噪音等优点。

PU整体注塑包边是包边玻璃常用的一种生产方式。PU整体注塑包边采用双组分原料：多元醇(POLY)和异氰酸酯(ISO)。这两种组分的原料按照一定的配比精确计量，分别经管道输送到混合头。在混合头内经高压碰撞混合后，注射到放置有涂有底涂的玻璃模具内，在模具内发生化学反应生成聚氨酯，固化成型，包覆于玻璃边缘表面。

该工艺生产出来的玻璃总成产品精度高，一致性好，与车身配合好。但是由于生产设备、物料波动以及其他一些因素的影响，导致部分玻璃总成产品出现针孔、型面缺陷等不良品。不良品导致了成品率的下降，最终导致了生产成本的提高。目前采用的修复方法为：采用快干胶修补，采用鞋油进行擦拭及采用蜡笔上色。但是这三种修复方法都各自存在一些缺点：

1)采用快干胶对型面缺陷修复操作要求高，可能出现以下情况：5s左右快干胶就会固化，缺陷型面处理未完成而胶已经固化；当快干胶的颜色与PU包边的颜色相差比较大时，无法对快干胶的颜色进行调整使其与PU包边颜色相近；目前使用的快干胶一般脆性大，与PU包边的硬度相差大，造成修复处的手感与原有的包边相差大。

2)鞋油的主要成分是石蜡和有机溶剂，采用这种方式对PU包边进行修复，一方面工序复杂：首先对其涂刮，然后需对其吹气烘干，烘干之后需要水洗打磨，反复进行2到3次，使鞋油颜色与PU包边颜色相近；另一方面鞋油与PU包边不相容，附着力差，容易脱落。

3)采用蜡笔上色是物理的将色料涂敷在缺陷型面上，同样存在附着力差，容易脱落等缺点。

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种具有操作方便、颜色易调整、固化时间短、附着力强的水性聚氨酯乳液对包边玻璃产品上的PU包边进行修复。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种具备操作方便、颜色易调整、快速固化、附着力强的特点的水性聚氨酯乳液，进一步提供一种该水性聚氨酯乳液的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种水性聚氨酯乳液，其特征在于，按重量份计，其配方由以下组成：聚碳酸亚丙酯二醇80～120份、水溶性磺酸聚酯多元醇30～50份、二异氰酸酯45～55份、亲水扩链剂10～12份、成盐剂7～9份、水270～300份和含有氟碳基团的封端剂0.5～1份、防霉剂1～2份、增稠剂0.5～1份、消泡剂0.5～1份及水性色浆1～5份。

本发明所述水溶性磺酸聚酯多元醇的相对分子量为2000。水溶性磺酸盐聚酯多元醇为不含溶剂的水溶性聚酯多元醇，可直接分散在水中，可提高聚氨酯在水中的分散性，降低亲水扩链剂和成盐剂的用量。本发明的水性色浆为水性黑色浆。

优选地，所述聚碳酸亚丙酯二醇是以小分子二元醇为起始剂，由二氧化碳和环氧丙烷通过共聚制备得到，所述聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为1000～3000。用聚碳酸亚丙酯二醇为原料合成的水性聚氨酯具有优良的耐候性、耐磨性、耐水解性能。

优选地，所述二异氰酸酯是异氟尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。

优选地，所述亲水扩链剂是二羟甲基丙酸。

优选地，所述聚碳酸亚丙酯二醇中的羟基与水溶性磺酸聚酯多元醇中的羟基及亲水扩链剂中的羟基的总含量与所述二异氰酸酯中的异氰酸根的总含量的摩尔比为1:(1.4～1.8)。本发明优选聚碳酸亚丙酯二醇中的羟基与水溶性磺酸聚酯多元醇中的羟基及亲水扩链剂中的羟基的总含量与二异氰酸酯中的异氰酸根的总含量的摩尔比控制在上述范围内，是为了保证相对于碳酸亚丙酯二醇中的羟基与水溶性磺酸聚酯多元醇中的羟基及亲水扩链剂中的羟基的总含量来说，二异氰酸酯中的异氰酸根的添加量是过量的，这样能更好地控制得到的聚氨酯分子链中软硬段的比例，进而调控制备得到的聚氨酯膜的强度和柔韧性。

优选地，所述成盐剂是三乙胺，所述封端剂是三氟乙醇。所述三氟乙醇能够改善水性聚氨酯的表面性能。

优选地，所述防霉剂选自聚2-甲基-4异噻唑啉-3-酮化合物、聚5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮化合物中的至少一种。

优选地，所述增稠剂选自丙烯酸盐聚合物分散体、缔合型聚氨酯化合物中的至少一种。

优选地，所述消泡剂是有机硅类消泡剂。

本发明还涉及一种制备上述的水性聚氨酯乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将聚碳酸亚丙酯二醇80～120重量份与水溶性磺酸聚酯多元醇30～50重量份混合搅拌，升温至80～90℃，在真空条件下脱水半个小时至1个小时，真空度为-0.8～-0.9MPa，降温至40～50℃；

2)在步骤1)中得到的混合物中加入二异氰酸酯45～55重量份，在搅拌条件下缓慢加热，10～15分钟升温至80～90℃，在此温度条件下搅拌反应2至3个小时，降温至70～80℃；

3)在步骤2)中得到的混合物中加入亲水扩链剂10～12重量份，在70-80℃条件下搅拌3至4个小时，温度降至35～45℃；

4)在步骤3)中得到的混合物中加入成盐剂7～9重量份，充分搅拌后获得聚氨酯预聚物；

5)将上述聚氨酯预聚物加入270～300重量份的水中，以800～3000r/min的速度进行搅拌使其充分乳化分散，然后加入封端剂0.5～1重量份，充分反应后获得氟碳封端水性聚氨酯乳液；

6)在步骤5)中得到的氟碳封端水性聚氨酯乳液中加入防霉剂1～2重量份、增稠剂0.5～1重量份、消泡剂0.5～1重量份及水性色浆1～5重量份，在搅拌机上以500～1000r/min速度搅拌10～15分钟，即可得到水性聚氨酯乳液。

本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：

1)采用水作为溶剂，配方中完全不使用有机溶剂，环境友好，用水作为稀释剂降低粘度及降低色泽，使其适用性广且操作简单；

2)车间生产的不同批次、不同型号的包边玻璃产品上的PU包边存在色差不一致的现象，通过调整水性聚氨酯乳液与增稠剂、黑色浆的比例，其操作简单并可实时得到各种粘度且符合色差要求的PU包边修复用水性聚氨酯乳液；

3)本发明的水性聚氨酯乳液具有良好的成膜性能，其与包边玻璃产品上的PU包边同属聚氨酯材料，二者具有良好的附着力；

4)包边玻璃产品上的PU包边的硬度范围为70～90HA，在合成水性聚氨酯乳液的过程中，通过调节所述聚碳酸亚丙酯二醇中的羟基与水溶性磺酸聚酯多元醇中的羟基及亲水扩链剂中的羟基的总含量与所述二异氰酸酯中的异氰酸根的总含量的摩尔比来满足PU包边不同的硬度要求。

具体实施方式：

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。

实施例1：

步骤1：按重量份计将80份分子量为2000的聚碳酸亚丙酯二醇和45份分子量为2000的水溶性磺酸聚酯多元醇加入三口烧瓶内进行混合搅拌，升温至90℃，在真空度为-0.8MPa的条件下脱水半个小时，降温至50℃；因为低聚物多元醇在存放过程中可能会吸收空气中的水分，水会与二异氰酸酯反应，导致凝胶，所以在使用前对它们进行脱水处理是非常必要的；

步骤2：将步骤1得到的混合物中加入六亚甲基二异氰酸酯45重量份，在搅拌条件下缓慢加热，10～15min升温至80～90℃，在此温度条件下搅拌反应2.5h，降温至70～80℃；

步骤3：将步骤2中得到的混合物中加入二羟甲基丙酸亲水扩链剂10重量份，在70～80℃条件下搅拌3.2h，温度降至35～45℃；

步骤4：将步骤3中得到的混合物中加入三乙胺成盐剂7.5重量份，充分搅拌后获得聚氨酯预聚物；

步骤5：将步骤4得到的预聚物加入300重量份的水中，以800～3000r/min的速度进行搅拌使其充分乳化分散，然后加入三氟乙醇封端剂0.6重量份，充分反应后得到氟碳封端水性聚氨酯乳液；

步骤6：在步骤5得到的氟碳封端水性聚氨酯乳液中加入防霉剂1份、增稠剂1份、消泡剂1份和黑色浆1份，在搅拌机上以500～1000r/min速度搅拌10min，即可得到本实施例的水性聚氨酯乳液。

实施例2：

步骤1：按重量份计将80份分子量为2000的聚碳酸亚丙酯二醇和45份分子量为2000的水溶性磺酸聚酯多元醇加入三口烧瓶内进行混合搅拌，升温至90℃，在真空度为-0.8MPa的条件下脱水半个小时，降温至50℃；

步骤2：将步骤1中得到的混合物中加入六亚甲基二异氰酸酯45重量份，在搅拌条件下缓慢加热，10～15min升温至80～90℃，在此温度条件下搅拌反应2.5h，降温至70～80℃；

步骤3：将步骤2中得到的混合物中加入二羟甲基丙酸亲水扩链剂11重量份，在70～80℃条件下搅拌3.2h，温度降至35～45℃；

步骤4：将步骤3中得到的混合物中加入三乙胺成盐剂8重量份，充分搅拌后获得聚氨酯预聚物；

步骤5：将步骤4得到的聚氨酯预聚物加入300重量份的水中，以800～3000r/min速度进行搅拌使其充分乳化分散，然后加入三氟乙醇封端剂0.6重量份，充分反应后得到氟碳封端水性聚氨酯乳液；

步骤6：在步骤5得到的氟碳封端水性聚氨酯乳液中加入防霉剂1份、增稠剂1.5份、消泡剂1份和黑色浆5份，在搅拌机上以500～1000r/min速度搅拌10min，即可得到本实施例的水性聚氨酯乳液。

实施例3：

步骤1：按重量份计将120份分子量为3000的聚碳酸亚丙酯二醇和45份分子量为2000的水溶性磺酸聚酯多元醇加入三口烧瓶内进行混合搅拌，升温至90℃，在真空度为-0.8MPa的条件下脱水半个小时，降温至50℃；

步骤2：将步骤1得到的混合物中加入六亚甲基二异氰酸酯55重量份，在搅拌条件下缓慢加热，10～15min升温至80～90℃，在此温度条件下搅拌反应3h，降温至70～80℃；

步骤3：将步骤2中得到的混合物中加入二羟甲基丙酸亲水扩链剂10重量份，在70～80℃条件下搅拌3.2h，温度降至35～45℃；

步骤4：将步骤3中得到的混合物中加入三乙胺成盐剂7.5重量份，充分搅拌后获得聚氨酯预聚物；

步骤5：将步骤4得到的预聚物加入300重量份的水中，以800～3000r/min速度进行搅拌使其充分乳化分散，然后加入三氟乙醇封端剂0.6重量份，充分反应后得到氟碳封端水性聚氨酯乳液；

步骤6：在步骤5得到的氟碳封端水性聚氨酯乳液中加入防霉剂1份、增稠剂1份、消泡剂1份和黑色浆1份，在搅拌机上以500～1000r/min速度搅拌10min，即可得到本实施例的水性聚氨酯乳液。

实施例4：

步骤1：按重量份计将80份分子量为1000的聚碳酸亚丙酯二醇和45份分子量为2000的水溶性磺酸聚酯多元醇加入三口烧瓶内进行混合搅拌，升温至90℃，在真空度为-0.8MPa的条件下脱水半个小时，降温至50℃；

步骤2：将步骤1得到的混合物中加入六亚甲基二异氰酸酯40重量份，在搅拌条件下缓慢加热，10～15min升温至80～90℃，在此温度条件下搅拌反应3h，降温至70～80℃；

步骤3：将步骤2中得到的混合物中加入二羟甲基丙酸亲水扩链剂10重量份，在70～80℃条件下搅拌3.2h，温度降至35～45℃；

步骤4：将步骤3中得到的混合物中加入三乙胺成盐剂7.5重量份，充分搅拌后获得聚氨酯预聚物；

步骤5：将步骤4得到的预聚物加入300重量份的水中，以800～3000r/min速度进行搅拌使其充分乳化分散，然后加入三氟乙醇封端剂0.6重量份，充分反应后得到氟碳封端水性聚氨酯乳液；

步骤6：在步骤5得到的氟碳封端水性聚氨酯乳液中加入防霉剂1份、增稠剂0.5份、消泡剂1份和黑色浆1份，在搅拌机上以500～1000r/min速度搅拌10min，即可得到本实施例的水性聚氨酯乳液。

采用上述的水性聚氨酯乳液修复带有型面缺陷的PU包边玻璃产品的方法，其包括：将水性聚氨酯乳液涂覆在有型面缺陷的包边玻璃产品的PU包边上，常温放置5～10min，待其表干即可。

性能测试：

耐水擦试验是在常温下，将擦拭布用水润湿，擦拭涂层表面进行测试；高温试验是将样片放在80±2℃的试验箱中24小时后取出观察；低温试验是将样片放在-40±2℃的试验箱中24小时后取出观察；高低温循环试验是将样片放在PV1200的试验箱中，进行8个循环后取出观察；户外耐候试验将样片放在露天环境中，45天后用蘸水湿抹布擦干后观察；氙灯老化按美国汽车协会标准SAE-J2527-2004进行测试，即将样片放进氙灯老化箱，500小时后取出观察。

编号	试验项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						1	表干时间(min)	4	4	4	4
2	耐水擦	未出现脱落	未出现脱落	未出现脱落	未出现脱落
						3	高温	未失效	未失效	未失效	未失效
4	低温	未失效	未失效	未失效	未失效
						5	高低温循环	未失效	未失效	未失效	未失效
6	户外耐候	未失效	未失效	未失效	未失效
						7	氙灯老化	未失效	未失效	未失效	未失效

综上所述，本发明提供的用于PU包边修复的水性聚氨酯乳液具有操作简单、化学稳定性强、耐水擦性能好、优异的附着力性能和快速固化的性能。

Claims (10)

1.一种水性聚氨酯乳液，其特征在于，按重量份计，其配方由以下组成：聚碳酸亚丙酯二醇80～120份、水溶性磺酸聚酯多元醇30～50份、二异氰酸酯45～55份、亲水扩链剂10～12份、成盐剂7～9份、水270～300份和含有氟碳基团的封端剂0.5～1份、防霉剂1～2份、增稠剂0.5～1份、消泡剂0.5～1份及水性色浆1～5份。

2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述聚碳酸亚丙酯二醇是以小分子二元醇为起始剂，由二氧化碳和环氧丙烷通过共聚制备得到，所述聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为1000～3000。

3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述二异氰酸酯是异氟尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。

4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述亲水扩链剂是二羟甲基丙酸。

5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述聚碳酸亚丙酯二醇中的羟基与水溶性磺酸聚酯多元醇中的羟基及亲水扩链剂中的羟基的总含量与所述二异氰酸酯中的异氰酸根的总含量的摩尔比为1:(1.4～1.8)。

6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述成盐剂是三乙胺，所述封端剂是三氟乙醇。

7.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述防霉剂选自聚2-甲基-4异噻唑啉-3-酮化合物、聚5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮化合物中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述增稠剂选自丙烯酸盐聚合物分散体、缔合型聚氨酯化合物中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述消泡剂是有机硅类消泡剂。

10.一种制备权利要求1～9任一所述的水性聚氨酯乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将聚碳酸亚丙酯二醇80～120重量份与水溶性磺酸聚酯多元醇30～50重量份混合搅拌，升温至80～90℃，在真空条件下脱水半个小时至1个小时，真空度为-0.8～-0.9MPa，降温至40～50℃；

2)在步骤1)中得到的混合物中加入二异氰酸酯45～55重量份，在搅拌条件下缓慢加热，10～15分钟升温至80～90℃，在此温度条件下搅拌反应2至3个小时，降温至70～80℃；

3)在步骤2)中得到的混合物中加入亲水扩链剂10～12重量份，在70-80℃条件下搅拌3至4个小时，温度降至35～45℃；

4)在步骤3)中得到的混合物中加入成盐剂7～9重量份，充分搅拌后获得聚氨酯预聚物；

5)将上述聚氨酯预聚物加入270～300重量份的水中，以800～3000r/min的速度进行搅拌使其充分乳化分散，然后加入封端剂0.5～1重量份，充分反应后获得氟碳封端水性聚氨酯乳液；

6)在步骤5)中得到的氟碳封端水性聚氨酯乳液中加入防霉剂1～2重量份、增稠剂0.5～1重量份、消泡剂0.5～1重量份及水性色浆1～5重量份，在搅拌机上以500～1000r/min速度搅拌10～15分钟，即可得到水性聚氨酯乳液。