聚氨酯水性分散体及其制备方法

聚氨酯水性分散体及其制备方法

<申请号>02149783

<公告号>1425726

<申请日>2002年12月30日

<公告日>2003年06月25日

<发明名称>聚氨酯水性分散体及其制备方法

<分类号>C09D175/04

<国别省市代码>81

<申请人>华南理工大学

<通讯地址>（510640）广东省广州市天河区五山路381号

<发明人>瞿金清沈慧芳陈焕钦

<代理人>何燕玲张培祥

<代理机构代码> 广东省高等学校专利事务所（44102）

<代理机构地址>广东省广州市农林下路72号（510080）

<法律状态>公开/公告

<权项数>007

<文摘>

本发明涉及涂料领域，具体是聚氨酯水性分散体及其制备方法，其制备方法包括（１）在反应釜中将多元醇在温度为90-120℃、真空度为0.05-0.01ＭＰａ下真空脱水1.0－2.0ｈ，然后降温备用；（２）加入多元醇与二异氰酸酯单体，升温至60-100℃，保温1.0-2.0小时，加入小分子二元醇扩链剂，在60-80℃反应至NCO基团含量达到规定值，加入亲水扩链剂，在50-70℃反应至NCO基含量不变时为止，得到含端NCO基团的聚氨酯预聚物；（３）将上述聚氨酯预聚物降温至30-60℃左右，加入中和剂搅拌中和5-30分钟后，将中和产物移入到乳化釜中，将去离子水加入到乳化釜中高速乳化，同时加入胺类扩链剂进行扩链，同时添加NCO基团捕获剂和消泡剂进行稳定化处理，然后在温度为50－60℃和真空度（绝压）为0.02－0.1ＭＰａ的条件下脱除丙酮；该分散体具有优异的成膜性、耐低温性、耐水性、耐化学平性等。

<权利要求>

一种聚氨酯水性分散体的制备方法，其特征在于其原料组成如下：

——多元醇，数均相对分子质量为300-10000，羟值为30-200ｍｇKOH／ｇ，占总固体质量

的20～60％；

——二异氰酸酯单体，占总固体质量的20～60％；

——扩链剂，用量为总固体质量的2-15％

——交联剂，用量为总固体质量的1-5%。

——NCO基团捕获剂，用量为总固体质量的0.5-2.0%；

——中和剂，用量为总固体质量的1-10%；

——消泡剂，用量为总固体质量的0.01-0.5%；

本发明聚氨酯水性分散体的制备方法，包括以下步骤：

（1）在反应釜中将多元醇在温度为90-120℃、真空度为0.05-0.1Mpa下真空脱水1.0-2.0h，然后降温备用：

（2）加入多元醇与二异氰酸酯单体，升温至60-100℃，保温1.0-2.0小时，加入小分子二元醇扩链剂，在60-80℃反应至NVO基团含量达到规定值，加入亲水扩链剂，在50-70℃反应至NCO 基含量不变时为止，得到含端NCO基团的聚氨酯预聚物；

（3）将上述聚氨酯预聚物降温至30-60℃左右，加入中和剂搅拌中和5-30分钟后，将中和产物移入到乳化釜中，将去离子水加入到乳化釜中高速乳化，同时加入胺类扩链剂进行扩链，同时添加NCO基团捕获剂和消泡剂进行稳定化处理，然后在温度为50-60℃和真空度（绝压）为0.02-0.1Mpa的条件下脱除内酮。

2、根据权利要求1所述的聚氨酯水性分散体的制备方法，其特征在于所述多元醇是聚酯多元醇、聚醚多元醇、芝麻油及其衍生物、聚酯-聚醚多元醇、聚碳酸酯多醇、聚四氢呋喃多元醇、聚氨酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚烯烃多元醇（聚丁二烯多元醇）、聚已内酯（PCL）多元醇其中一种或一种以上的混合物。

3、根据权利要求1或2所述的聚氨酯水性分散体的制备方法，其特征在于所述二异味氰酸酯是甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、已二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和六环已基二异氰酸酯（H6MDI）、苯二亚甲基二异氰酸酯其中一种或一种以上的混合物。

4、根据权利要求1或2或3所述的聚氨酯水性分散体的制备方法，其特征在于所述扩链剂是小分子二醇扩链剂和/或亲水扩链剂，小分子二醇扩链剂是乙二醇、丙二醇、1,4丁二醇，1,6已二醇，1,4环已二醇、二乙二醇、二甘醇等一种或一种以上的混合物；亲水扩链剂是二羟甲基乙酸、二羟甲基丙酸（DMPA）、二羟甲基丁酸（DMBA），二羟甲基酸和磺酸盐一种或一种以上混合物。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的聚氨酯水性分散性的制备方法，其特征在于所述交联剂是三羟甲基丙烷（TMP）、三羟甲基乙烷、环氧树脂或聚丙烯酸酯多元醇。

6、根据权利要求1或2或3或4所述的聚氨酯水性分散体的制备方法，其特征在于所述NCO 基团捕获剂是氨水、肼、乙二胺、或异佛耳酮二胺。

7、权利要求1所述的方法制备的聚氨酯水性分散性。

聚氨酯水性分散体及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，特别涉及聚氨酯水性分散体。

本发明还涉及所述聚氨酯水性分散体的制备方法。

技术前景

聚氨酯水分散体涂料的主要成分，现有的聚氨酯水分散体耐化学性和耐溶剂性不良，硬度较低、表面光泽度不高，而且聚氨酯水性分散体的自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差等，限制了其广泛应用。常用的改性方法有聚硅氧烷改性和丙烯酸酯改性等，如美国专利USP6063861（2000年）、USP6239209（2001年）和USP6197874（2001年）等描述的。聚硅氧烷改性需要硅氧烷分子结构上具有活性的氨基或羟基，引入到水性聚氨酯结构上比较困难，改性水性聚氨酯成膜后硅氧烷会聚集在涂膜表面，除低涂膜间的层间附着力。丙烯酯改性水性聚氨酯成膜后硅氧烷会聚集在涂膜表面，降低涂膜间的层间附着力。丙烯酸改性水性聚氨酯使改性树脂的低温成膜性能降低，涂膜外观不佳，合成工艺复杂，产品质量不稳定。交联改性可以提高聚氨酯水分散体涂料的机械性能和耐化学品性能。首先，选用多官能度的合成原材料如多元醇、多元胺扩链剂和多异氰酸酯交联剂等合成具有微交联结构的水性聚氨酯分散体，存在合成工艺不稳定、乳液产品的贮存稳定性差等缺点。其次，添加内交联剂，如碳化二亚胺、甲亚胺和氮杂环丙烷类化合物，在碱性条件下相当稳定，在聚氨酯乳液中能稳定存在，涂膜在干燥过程中由于水及中和剂的挥发，使得胶膜中的pH值下降，交联反应得以进行，存在成本高，毒性大、贮存条件苛刻等不足。另外还有外添加交联剂交联、热活化交联、紫外光交联和自氧化交联等。添加外交联剂存在活化期智囊等缺点，其他交联改性如热活化交联、紫外光交联需要干燥设备等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种聚氨酯水性分散体，采用后添加具有交联结构的扩链剂制备自交联改性的聚氨酯水性分散体，该分散体具有优异的成膜性、耐低温性、耐水性、耐化学平性、耐干/湿擦性、附着力好、硬度可调、应用广泛。

本发明制备聚氨酯水性分散体的原料组成如下：