水性聚氨酯涂料的制备方法技术

本发明专利技术公开了水性聚氨酯涂料的制备方法，包括如下工序：1）在室温下向第一反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯等，得到初级制品；2）向初级制品内加入二羟甲基丙酸，再加入三乙胺，制得脂肪族水性聚氨酯乳液；3）制得改性硅溶胶；4）在室温下向第三反应釜中加入脂肪族水性聚氨酯乳液和改性硅溶胶，得到混合乳液；5）向盛有蒸馏水的第四反应釜中加入适量的丙烯酸共聚物钾盐等，得到混合底液；6）向混合底液内加入混合乳液，得到水性聚氨酯涂料。采用本发明专利技术制得的涂料能对被保护物进行有效的封闭防护，防止被保护物受到污染、腐蚀和损伤。同时，该涂料还具有可剥性好、涂膜强度高、内聚力强及稳定性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
水性聚氨酯涂料的制备方法
本专利技术涉及包装装潢领域，尤其是涉及水性聚氨酯涂料的制备方法。
技术介绍
为防止暴露在大气环境下的材料或半产品受到污染、腐蚀和损伤，并延长使用寿命，通常会在它们的表面涂抹具有良好防护性和可剥性的涂料以对其进行有效的且临时的封存保护。如此，既可隔离外界的空气、盐雾、微生物的入侵，达到防腐效果；又可通过吸附污染物以达到清洁去污的效果。较溶剂型防护涂料而言，水性防护涂料更具安全性及环保性，因而被广泛应用于产品的包装装潢领域中。但是，现有水性防护涂料仍然具有涂膜强度低、可剥性较差及防护性能单一的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供水性聚氨酯涂料的制备方法，采用本专利技术制得的涂料能对被保护物进行有效的封闭防护，具有可剥性好、涂膜强度高、内聚力强及稳定性高的优点。本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：水性聚氨酯涂料的制备方法，包括如下工序：1）在室温下向第一反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、聚乙二醇、二月桂酸二丁基锡及丁酮，再将温度升至58~80℃，使它们在第一反应釜内混合反应至体系中-NCO%值不再变化，得到初级制品，备用；2）将温度控制在80℃，向工序1）所得的初级制品内加入二羟甲基丙酸并反应220~260min，再将温度降至38~43℃，加入三乙胺，得到次级制品；向盛有蒸馏水的第二反应釜中加入次级制品并使次级制品分散于蒸馏水中，再加入二乙烯三胺水溶液，制得脂肪族水性聚氨酯乳液；3）向盛有乙醇的烧瓶内加入丙基三甲氧基硅烷，按100~200r/min的转速搅拌混合5~10min，得到硅烷溶液；控制转速为200~300r/min，向盛有碱性硅溶胶的第三反应釜中滴加硅烷溶液；滴加完毕后，在50~65℃的温度下，按250r/min的转速搅拌混合450~500min，得到改性硅溶胶，备用；4）在室温下向第四反应釜中加入工序2）所得的脂肪族水性聚氨酯乳液和工序3）所得的改性硅溶胶，按200~300r/min的转速搅拌混合50~70min，得到混合乳液，备用；5）向盛有蒸馏水的第五反应釜中加入适量的丙烯酸共聚物钾盐、碱溶胀丙烯酸增稠剂和聚醚改性有机硅，按200~300r/min的转速搅拌混合4~10min，再加入适量的二氧化钛、云母，按1500~1800r/min的转速搅拌混合35~42min，得到混合底液；6）向工序5）所得的混合底液内加入工序4）所得的混合乳液，按350~500r/min的转速搅拌混合12~22min；再加入适量的十二烷基苯磺酸钠、聚醚改性二甲基硅氧烷、碱溶胀丙烯酸增稠剂、水性硅油、聚醚改性有机硅，按200~300r/min的转速搅拌混合15~20min，得到水性聚氨酯涂料；所述改性硅溶胶由以下质量配比的原料制得：碱性硅溶胶40~60份，乙醇30~50份，丙基三甲氧基硅烷1~6份；所述脂肪族水性聚氨酯乳液由以下质量配比的原料制得：异佛尔酮二异氰酸酯40~80份，聚丙二醇25~40份，聚乙二醇25~80份，二羟甲基丙酸3~10份，丁酮50~80份，二乙烯三胺5~12份，三乙胺3~9份，二月桂酸二丁基锡1~3份，蒸馏水40~80份；所述水性聚氨酯涂料由以下质量分数的原料制得：脂肪族水性聚氨酯乳液60~80%，改性硅溶胶5~10%，二氧化钛2~5%，云母3~5%，水性硅油1~3%，十二烷基苯磺酸钠0.1~0.5%，碱溶胀丙烯酸增稠剂0.5~1%，聚醚改性二甲基硅氧烷0.3~0.6%，丙烯酸共聚物钾盐0.1~0.5%，聚醚改性有机硅0.1~0.5%，余量为蒸馏水。本专利技术在制备水性聚氨酯涂料过程中，先将各助剂在蒸馏水中混合，再向其内加入颜填料形成分散均匀的混合底液，最后再将混合乳液与混合底液混合均匀。此种生产工艺能降低各种助剂的运动阻力，尤其是润湿剂和分散剂，使得它们能更好地吸附到颜填料表面，进而能大大提高颜填料的分散度，避免颗粒团聚的问题。水性防护涂料主要由成膜物质、颜填料、助剂和溶剂组成。其中，成膜物质是防护涂料的核心成分，本专利技术选用脂肪族水性聚氨酯乳液和改性硅溶胶复配作为成膜物质，能提高涂料的机械强度、可剥性以及对酸碱盐溶液的耐受性。在脂肪族水性聚氨酯乳液的制备中选用如下原料：选用异佛尔酮二异氰酸酯和聚丙二醇与聚乙二醇进行异氰酸酯基团和羟基的反应，可提高成膜的力学性能和耐水性能。在该反应时，加入丁酮可降低初级制品的黏度。由于当该反应的温度高于80℃时，-NCO的含量虽能迅速达到理论值，但此时副反应较多，这样易使产品质量不稳定；而当反应低于58℃时，又会因反应速度较慢而影响生产效率。因此，将该反应温度控制在58~80℃。选用二乙烯三胺作为扩链剂，它可对次级制品进行扩链，这样可提高涂料涂膜的拉伸强度。为提高碱性硅溶胶与脂肪族水性聚氨酯乳液复配时的稳定性，本专利技术对碱性硅溶胶进行了表面改性处理。其中，选用丙基三甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂，可使水性聚氨酯涂料能在室温环境下稳定贮存6~12个月而不出现凝胶现象。改性硅溶胶的加入可使纳米二氧化硅填充到涂料涂膜中，而二氧化硅的链段可与涂料中的有机高分子聚合物以及云母构成相互贯穿的网络状结构，这样，可提高有机聚合物的柔韧性，同时，涂料涂膜整体强度和硬度也会得到提高。由于改性硅溶胶的渗透性极好，它能够渗透到被保护的基材内部，使得涂料涂膜牢固地附着在基材上。改性硅溶胶还可提高涂料涂膜的致密度，这样可阻止水分和其他介质入侵，进而提高涂膜的耐腐蚀性。颜填料是涂料配方中不可缺少的部分，在涂料中起着色和填充作用。二氧化钛是遮盖力十分好的白色颜料，且具有良好的紫外线吸收屏蔽功能。选用云母作为填料，可改善涂料涂膜的硬度、强度、耐磨性及基材附着力等性能。碱溶胀丙烯酸增稠剂能够提高分散体系的黏度，有利于云母在体系中的分散，防止云母下沉结块；同时还可增加涂料的稠度，提高涂料的稳定性。水性硅油的使用能够调节涂料涂膜的基材附着力，使涂膜有较好的剥离效果。十二烷基苯磺酸钠作为润湿剂，它可降低涂料涂膜的表面张力，使涂料能跟好地润湿基材，减少出现涂膜缩边现象，防止由于被保护物不清洁而使涂装不均匀。由于颜填料都具有疏水性，因而它们在水中的稳定性较差，容易团聚和下沉。而通过加入丙烯酸共聚物钾盐，则可保持颜填料在水中的分散性。聚醚改性二甲基硅氧烷作为流平剂，可降低涂料与底材之间的界面张力，提高涂料对被底材的润湿性，减少因底材而引起的缩孔、附着力不良等现象。涂料在生产、贮存和施工过程中都需要各种人工和机械操作，这样极易导致泡沫产生，而泡沫会阻碍云母的分散，并造成涂膜表面形成针孔和缩孔，从而影响涂料涂膜的外观、防腐性和耐候性。而加入聚醚改性有机硅则可有效改善上述问题。为保证异氰酸基-NCO与所述羟基-OH反应的顺利进行，进一步地，所述脂肪族水性聚氨酯乳液的原料中异氰酸基-NCO与所述羟基-OH的摩尔比为2.6~4:1。当-NCO/-OH＜2.6时，会增大反应产物的黏度，而不易分散；而当-NCO/-OH＞4时，脂肪族水性聚氨酯乳液易凝胶，降低贮存期。为达到良好的中和效果，进一步地，所述三乙胺的加入量与所述二羟甲基丙酸等摩尔量。为在附着力与剥离强度之间达到平衡，进一步地，所述改性硅溶胶与所述脂肪族水性聚氨酯乳液的质量比为1:4。改性硅溶胶的用量直接影响涂料本文档来自技高网...

【技术保护点】
水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：包括如下工序：1）在室温下向第一反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、聚乙二醇、二月桂酸二丁基锡及丁酮，再将温度升至58~80℃，使它们在第一反应釜内混合反应至体系中‑NCO%值不再变化，得到初级制品，备用；2）将温度控制在80℃，向工序1）所得的初级制品内加入二羟甲基丙酸并反应220~260min，再将温度降至38~43℃，加入三乙胺，得到次级制品；向盛有蒸馏水的第二反应釜中加入次级制品并使次级制品分散于蒸馏水中，再加入二乙烯三胺水溶液，制得脂肪族水性聚氨酯乳液；3）向盛有乙醇的烧瓶内加入丙基三甲氧基硅烷，按100~200r/min的转速搅拌混合5~10min，得到硅烷溶液；控制转速为200~300r/min，向盛有碱性硅溶胶的第三反应釜中滴加硅烷溶液；滴加完毕后，在50~65℃的温度下，按250r/min的转速搅拌混合450~500min，得到改性硅溶胶，备用；4）在室温下向第四反应釜中加入工序2）所得的脂肪族水性聚氨酯乳液和工序3）所得的改性硅溶胶，按200~300r/min的转速搅拌混合50~70min，得到混合乳液，备用；5）向盛有蒸馏水的第五反应釜中加入适量的丙烯酸共聚物钾盐、碱溶胀丙烯酸增稠剂和聚醚改性有机硅，按200~300r/min的转速搅拌混合4~10min，再加入适量的二氧化钛、云母，按1500~1800r/min的转速搅拌混合35~42min，得到混合底液；6）向工序5）所得的混合底液内加入工序4）所得的混合乳液，按350~500r/min的转速搅拌混合12~22min；再加入适量的十二烷基苯磺酸钠、聚醚改性二甲基硅氧烷、碱溶胀丙烯酸增稠剂、水性硅油、聚醚改性有机硅，按200~300r/min的转速搅拌混合15~20min，得到水性聚氨酯涂料；所述改性硅溶胶由以下质量配比的原料制得：碱性硅溶胶40~60份，乙醇30~50份，丙基三甲氧基硅烷1~6份；所述脂肪族水性聚氨酯乳液由以下质量配比的原料制得：异佛尔酮二异氰酸酯40~80份，聚丙二醇25~40份，聚乙二醇25~80份，二羟甲基丙酸3~10份，丁酮50~80份，二乙烯三胺5~12份，三乙胺3~9份，二月桂酸二丁基锡1~3份，蒸馏水40~80份；所述水性聚氨酯涂料由以下质量分数的原料制得：脂肪族水性聚氨酯乳液60~80%，改性硅溶胶5~10%，二氧化钛2~5%，云母3~5%，水性硅油1~3%，十二烷基苯磺酸钠0.1~0.5%，碱溶胀丙烯酸增稠剂0.5~1%，聚醚改性二甲基硅氧烷0.3~0.6%，丙烯酸共聚物钾盐0.1~0.5%，聚醚改性有机硅0.1~0.5%，余量为蒸馏水。...

【技术特征摘要】
1.水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：包括如下工序：1）在室温下向第一反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、聚乙二醇、二月桂酸二丁基锡及丁酮，再将温度升至58~80℃，使它们在第一反应釜内混合反应至体系中-NCO%值不再变化，得到初级制品，备用；2）将温度控制在80℃，向工序1）所得的初级制品内加入二羟甲基丙酸并反应220~260min，再将温度降至38~43℃，加入三乙胺，得到次级制品；向盛有蒸馏水的第二反应釜中加入次级制品并使次级制品分散于蒸馏水中，再加入二乙烯三胺水溶液，制得脂肪族水性聚氨酯乳液；3）向盛有乙醇的烧瓶内加入丙基三甲氧基硅烷，按100~200r/min的转速搅拌混合5~10min，得到硅烷溶液；控制转速为200~300r/min，向盛有碱性硅溶胶的第三反应釜中滴加硅烷溶液；滴加完毕后，在50~65℃的温度下，按250r/min的转速搅拌混合450~500min，得到改性硅溶胶，备用；4）在室温下向第四反应釜中加入工序2）所得的脂肪族水性聚氨酯乳液和工序3）所得的改性硅溶胶，按200~300r/min的转速搅拌混合50~70min，得到混合乳液，备用；5）向盛有蒸馏水的第五反应釜中加入适量的丙烯酸共聚物钾盐、碱溶胀丙烯酸增稠剂和聚醚改性有机硅，按200~300r/min的转速搅拌混合4~10min，再加入适量的二氧化钛、云母，按1500~1800r/min的转速搅拌混合35~42min，得到混合底液；6）向工序5）所得的混合底液内加入工序4）所得的混合乳液，按350~500r/min的转速搅拌混合12~22min；再加入适量的十二烷基苯磺酸钠、聚醚改性二甲基硅氧烷、碱溶胀丙烯酸增稠剂、水性硅油、聚醚改性有机硅，按200~300r/min的转速搅拌混合15~20min，得到水性聚氨酯涂料；所述改性硅溶胶由以下质量配比的原料制得：碱性硅溶胶40~60份，乙醇30~50份，丙基三甲氧基硅烷1~6份；所述脂肪族水性聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭春芳，
申请(专利权)人：重庆市共赢包装制品有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50