CN113444225A - 一种聚氨酯固化剂和包括该固化剂的聚氨酯涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氨酯固化剂以及包括该固化剂的聚氨酯涂料，其中聚氨酯固化剂包括多异氰酸酯、惰性溶剂、催化剂、二羟甲基丙酸、甲乙酮肟和醇醚类溶剂，聚氨酯涂料包括聚酯树脂、上述聚氨酯固化剂、二甲基乙醇胺、去离子水、消泡剂、流平剂、钛白粉和群青，本发明制备了一种可与主树脂混合的聚氨酯固化剂，然后共同研磨制备漆液，形成单组份聚氨酯涂料，规避了活化期的弊端，避免了漆液的浪费给环境带来的危害，所得漆膜的各项性能表现优异。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，更具体的说是涉及一种聚氨酯固化剂和包括该固化剂的单组份水性聚氨酯涂料。
背景技术
目前市面上的单组份聚氨酯涂料由于不包括固化剂的添加，性能较差而导致其使用范围较小，因此聚氨酯体系漆类多为双组份聚氨酯涂料，双组份聚氨酯涂料一般是由异氰酸酯预聚物和含羟基树脂两部分组成，通常称为固化剂组分和主树脂组分。这一类涂料的品种很多，应用范围也很广，根据含羟基组分的不同可分为丙烯酸聚氨酯、醇酸聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种，一般都具有良好的机械性能和较高的固体含量，是目前很有发展前途的一类涂料品种，主要应用方向有木器涂料、汽车修补涂料、防腐涂料、地坪漆、电子涂料、特种涂料、聚氨酯防水涂料等。
但是在实际施工过程中，主树脂组分是在使用前按照比例加入聚氨酯固化剂中，现场搅拌均匀后进行喷涂，所得漆膜在耐水、耐盐雾、耐人工老化、耐化学品方面都有较好的表现，但是两个组份混合以后需要在常温状态下3～4小时必须全部使用掉，否则活化期过后会产生交联、胶化而不能再使用，因此存在施工工序复杂，对施工环境要求高的现象，并且温度越高其活化期越短，严重扰乱生产的进度，不能按照计划进行生产，甚至造成漆液大量浪费。
因此如何提供一种能够与主树脂组分混合，简化施工工艺，规避活化期风险的聚氨酯固化剂，以及包括该固化剂的漆膜性能优异的单组份聚氨酯涂料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种聚氨酯固化剂以及包括该固化剂的聚氨酯涂料。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚氨酯固化剂，按质量份数计包括以下组分：多异氰酸酯40-55份、惰性溶剂15-22份、催化剂0.01-0.02份、二羟甲基丙酸6-10份、甲乙酮肟30-40份和醇醚类溶剂2-5份。
优选的，在上述一种聚氨酯固化剂中，所述多异氰酸酯为HDI、TDI、MDI、IPDI、PAPI中的一种或几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：多异氰酸酯在聚氨酯固化剂中作为交联固化的反应基团。
优选的，在上述一种聚氨酯固化剂中，所述惰性溶剂为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、二甲苯、甲苯中的一种或几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：惰性溶剂用于降低合成物黏度，但是不参与反应过程。
优选的，在上述一种聚氨酯固化剂中，所述催化剂为二丁基过氧化锡、二月桂酸二丁基锡、氧化铋，次硝酸铋中的一种或几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：催化剂用于促进反应速度，使反应在较短时间内就能够完成。
优选的，在上述一种聚氨酯固化剂中，所述醇醚类溶剂为丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一种或几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：由于醇醚类溶剂分子中含有羟基，可以消耗掉没有完全反应的异氰酸酯，保证产品的稳定性，并且醇醚类溶剂还可以降低体系粘度。
本发明还公开了上述聚氨酯固化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将多异氰酸酯、惰性溶剂投入带有搅拌器和温度计的冷凝器中，缓慢升温至47-53℃，在此条件下开启搅拌；
步骤(1)在50±3℃的条件下进行，若温度过高则会导致多异氰酸酯产生自聚，无法控制最终的胶化，若温度过低则导致反应进行缓慢；
(2)保温10-15min后加入催化剂，然后在50-55℃条件下加入二羟甲基丙酸，保温1-1.5h；
经过大量实验研究发现，上述保温时间能够达到最好的效果，具体的，保温10-15min是观察温度是否还在继续上升，如果继续上升不可加入催化剂，否则加剧温度继续上涨，一般10-15min没有温度波动，则说明反应已经稳定；加入二羟甲基丙酸保温1-1.5h才能使反应完全，否则会将反应集中到后期，造成反应剧烈胶化。
(3)升温至77-83℃滴加甲乙酮肟；
(4)滴加完成后保温一段时间使反应完全，加入醇醚类溶剂，降温至60℃以下，即得。
上述技术方案的有益效果是：上述试剂的添加顺序能够保证得到的聚氨酯固化剂的稳定性，若颠倒顺序则会造成胶化现象的产生。
优选的，在上述哟中聚氨酯固化剂的制备方法种，步骤(4)中保温一段时间后测定NCO值，直至NCO值≤1，如果3-5h后仍未≤1，则补加催化剂。
本发明还公开了一种包括上述固化剂的聚氨酯涂料，按质量份数计包括以下组分：聚酯树脂40-50份、聚氨酯固化剂7-10份、二甲基乙醇胺2-3份、去离子水60-80份、消泡剂0.05-0.2份、流平剂0.05-0.3份、钛白粉15-25份和群青0.05-0.1份。
上述技术方案的有益效果是：本发明选择群青作为颜料填料，经过大量实验研究发现，在上述聚氨酯涂料的制备过程中只有加入群青时能够起到给白色提亮的效果，其他颜料均不能实现。
以及上述聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚酯树脂和聚氨酯固化剂在300-800r/min的条件下混合搅拌0.5-2h；
(2)加入二甲基乙醇胺搅拌3-8min，然后依次加入去离子水、消泡剂、流平剂、钛白粉和群青搅拌20-50min；
(3)将步骤(2)得到的混合物研磨至细度小于15μm，过滤包装。
上述技术方案的有益效果是：按照上述顺序添加原料能得到性能优异的聚氨酯涂料，若颠倒添加顺序则会造成树脂无水溶性或者引起大量气泡而不能消除的现象。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可与主树脂混合的聚氨酯固化剂，然后共同研磨制备漆液，形成单组份聚氨酯涂料，规避了活化期的弊端，避免了漆液的浪费给环境带来的危害，所得漆膜的各项性能表现优异；
本发明所制备的封闭型异氰酸酯固化剂已被甲乙酮肟封闭，与主树脂混合后没有活化期风险，能在130-160℃解封再次与羟基进行交联，形成聚氨酯结构，简化了双组份聚氨酯涂料的施工工艺成为单组份涂料。
具体实施方式
下面将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。
本发明实施例公开了一种聚氨酯固化剂以及包括该固化剂的水性单组份聚氨酯涂料，分别通过以下方法制备得到：
聚氨酯固化剂的制备工艺：首先将己二异氰酸酯、甲基异丁酮投入带有搅拌器，温度计，冷凝器的四口瓶中，缓慢升温至47-53℃，在此条件下开启搅拌，保温10-15分钟后加入二月桂酸二丁基锡，然后在50-55℃条件下加入二羟甲基丙酸，加完后保温1-1.5小时，随后升温至77-83℃，滴加甲乙酮肟，用2-3小时滴完，滴加完成在此温度下保温2小时，测NCO值≤0.1后加入丙二醇甲醚，(NCO值＞0.1则继续保温)，最后降温至60℃以下，出料备用。
聚氨酯涂料的制备工艺：将聚酯树脂、聚氨酯固化剂搅拌0.5-2小时，转速300-800r/min，然后加入二甲基乙醇胺，搅拌3-8分钟后依次加入其他物料，全部加完后搅拌20-50分钟，进行研磨，细度＜15um，过滤包装。
上述聚氨酯固化剂和聚氨酯涂料制备过程中的组分按照表1进行添加得到实施例1-5，其中聚氨酯涂料制备工艺中的聚氨酯固化剂即为通过前述步骤制备得到的聚氨酯固化剂。
表1聚氨酯固化剂及涂料组成(单位：g)
对最终得到的聚氨酯涂料进行性能测试，测试结果参见表2：
表2测试结果
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种聚氨酯固化剂，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：多异氰酸酯40-55份、惰性溶剂15-22份、催化剂0.01-0.02份、二羟甲基丙酸6-10份、甲乙酮肟30-40份和醇醚类溶剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯固化剂，其特征在于，所述多异氰酸酯为HDI、TDI、MDI、IPDI、PAPI中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯固化剂，其特征在于，所述惰性溶剂为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、二甲苯、甲苯中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯固化剂，其特征在于，所述催化剂为二丁基过氧化锡、二月桂酸二丁基锡、氧化铋，次硝酸铋中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯固化剂，其特征在于，所述醇醚类溶剂为丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一种或几种的混合物。
6.一种权利要求1-5任一项所述的聚氨酯固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将多异氰酸酯、惰性溶剂投入带有搅拌器和温度计的冷凝器中，缓慢升温至47-53℃，在此条件下开启搅拌；
(2)保温10-15min后加入催化剂，然后在50-55℃条件下加入二羟甲基丙酸，保温1-1.5h；
(3)升温至77-83℃滴加甲乙酮肟；
(4)滴加完成后保温一段时间，加入醇醚类溶剂，降温至60℃以下，即得。
7.根据权利要求6所述的聚氨酯固化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中保温一段时间后测定NCO值，直至NCO值≤1。
8.一种包括权利要求1-5任一项所述固化剂的聚氨酯涂料，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：聚酯树脂40-50份、聚氨酯固化剂7-10份、二甲基乙醇胺2-3份、去离子水60-80份、消泡剂0.05-0.2份、流平剂0.05-0.3份、钛白粉15-25份和群青0.05-0.1份。
9.一种权利要求8所述的聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚酯树脂和聚氨酯固化剂在300-800r/min的条件下混合搅拌0.5-2h；
(2)加入二甲基乙醇胺搅拌3-8min，然后依次加入去离子水、消泡剂、流平剂、钛白粉和群青搅拌20-50min；
(3)将步骤(2)得到的混合物研磨至细度小于15μm，过滤，包装。
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