一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用。这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂是含有磺酸基团的多异氰酸酯预聚物。这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法是将二羧基磺酸盐溶于有机溶剂中，再与多异氰酸酯预聚物反应，然后蒸馏出有机溶剂，得到无溶剂水性多异氰酸酯固化剂。同时也公开了这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的应用。本发明专利技术的无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，是真正的VOC零排放产品，同时本产品还具有优良的水分散性和贮存稳定性，NCO含量高，粘度低，能与含羟基或羧基或氨基的多种树脂配套制成双组份聚氨酯涂料和双组份聚氨酯胶粘剂，能赋予产品良好的耐水性及高强度。

Solvent-free waterborne polyisocyanate curing agent and preparation method and application thereof

The invention discloses a solvent-free waterborne polyisocyanate curing agent and a preparation method and application thereof. The solvent-free waterborne polyisocyanate curing agent is a polyisocyanate prepolymer containing sulfonic acid groups. The solvent-free waterborne polyisocyanate curing agent is prepared by dissolving dicarboxyl sulfonate in organic solvent, then reacting with polyisocyanate prepolymer, and then distilling organic solvent to obtain solvent-free waterborne polyisocyanate curing agent. The application of the solvent-free waterborne polyisocyanate curing agent is also disclosed. The solvent-free water-borne polyisocyanate curing agent of the invention is a real VOC zero-emission product. At the same time, the product also has excellent water dispersion and storage stability, high NCO content, low viscosity, and can be matched with a variety of resins containing hydroxyl or carboxyl or amino groups to prepare two-component polyurethane coatings and two-component polyurethane adhesive. It can give the product good water resistance and high strength.

【技术实现步骤摘要】
一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人们环保意识的增强和国家环保法规执行力度的加大，双组份聚氨酯涂料和聚氨酯胶粘剂的水性化研究正如火如荼地展开，目前含羟基的聚氨酯树脂水性化研究已比较深入，但含端异氰酸酯基的水性固化剂大多还含有一定的溶剂，仍然存在着挥发性有机溶剂毒性问题。CN105949436A公开了一种水可分散的HDI-TDI混合三聚体固化剂，先制备出三聚体，脱除未反应的单体后，直接把固体状态的二羟甲基丙酸(DMPA)加入无溶剂HDI-TDI三聚体中反应制成无溶剂固化剂，其制造工艺比较困难，因为DMPA并不能溶解在三聚体中，固体料加进去后经搅拌会粘附在反应器的壁上。CN105968304A公开了一种高性能水性聚氨酯固化剂，也是直接把固体状态的羟基羧酸和环己烷与亲水聚醚混合后滴加入无溶剂的多异氰酸酯中，反应制成100％固含量的固化剂。总之，现有文献公开的制备无溶剂多异氰酸酯固化剂工艺方法的技术难度还是比较大的，实现工业化生产还有待于更深入的研究，而市场与日倶争的需求迫使本领域技术人员对无溶剂水性多异氰酸酯固化剂进行更多的技术开发。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，能够实现聚氨酯固化剂的VOC零排放；本专利技术的目的之二在于提供这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，是含有磺酸基团的多异氰酸酯预聚物。这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，是将二羧基磺酸盐溶于有机溶剂中，再与多异氰酸酯预聚物反应，然后蒸馏出有机溶剂，得到无溶剂水性多异氰酸酯固化剂。制备方法中，二羧基磺酸盐与多异氰酸酯预聚物的摩尔比为(0.03～0.2)：1；有机溶剂的加入量为二羧基磺酸盐质量的3～10倍。制备方法中，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。制备方法中，二羧基磺酸盐为二羧基磺酸碱金属盐。制备方法中，多异氰酸酯预聚物为HDI三聚体、HDI缩二脲、HDI预聚物、IPDI三聚体、HMDI预聚物中的至少一种。制备方法中，蒸馏的具体方法为真空蒸馏法、薄膜蒸馏法、热气鼓泡法中的其中一种。制备方法具体包括以下步骤：a)将二羧基磺酸盐与N-甲基吡咯烷酮加入反应容器中，升温至50℃～60℃搅拌溶解0.5h～1h，加入占多异氰酸酯预聚物总用量30％～70％的多异氰酸酯预聚物反应；b)加入抗氧剂，封闭反应器，通入保护气，在50℃～100℃下反应5h～10h，再加入剩下的多异氰酸酯预聚物，搅拌混合均匀；c)蒸馏出有机溶剂，降温至60℃，出料，得到无溶剂水性多异氰酸酯固化剂。制备方法的步骤b)中，抗氧剂的添加量占二羧基磺酸盐与多异氰酸酯预聚物质量之和的0.01％～0.5％。这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂在制备水性聚氨酯涂料或水性聚氨酯胶粘剂中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术的无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，是真正的VOC零排放产品，同时本产品还具有优良的水分散性和贮存稳定性，NCO含量高，粘度低，能与含羟基或羧基或氨基的多种树脂配套制成双组份聚氨酯涂料和双组份聚氨酯胶粘剂，能赋予产品良好的耐水性及高强度。与现有技术相比，本专利技术的优点具体如下：1、本专利技术采用二羧基磺酸盐直接对多异氰酸酯扩链反应制备水性聚氨酯固化剂，这正是其它专利文献未公开的信息，现有技术公开的是用羟基磺酸盐或氨基磺酸盐直接与多异氰酸酯反应制备水性聚氨酯固化剂的方法，CN106366291A采用羟基型磺酸类衍生物直接与多异氰酸酯反应制备自乳化型阴离子水性聚氨酯固化剂，CN1183791A采用磺酸铵类和非离子亲水物直接与多异氰酸酯反应制备水性聚氨酯固化剂。为什么现有专利文献没有公开用羧基磺酸盐直接与多异氰酸酯反应的报道，其主要原因是羧基磺酸盐的极性较羟基磺酸盐和胺磺酸盐强、亲水性更好，基本不溶于有机溶剂，也不溶于异氰酸酯中，难以找到进行化学反应的介质，而羟基磺酸盐和氨基磺酸盐则可以溶解在大部分溶剂中，化学反应容易进行。本专利技术采用移动溶解平衡的方法来增加反应温度下NMP对羧基磺酸盐的溶解度，用二次加入多异氰酸酯预聚物的加料方式也提高了羧基磺酸盐的溶解度，解决了几乎不溶于有机溶剂的羧基磺酸盐能在有机溶剂中与多异氰酸酯预聚物反应的问题。2、本专利技术采用二羧基磺酸盐直接与多异氰酸酯扩链反应，反应物(羧基磺酸盐)的分子量比较小，产物的分子量也小，即产物的粘度低，有利于后续工序蒸馏脱除有机溶剂，同时低粘度固化剂更容易分散在水性树脂中。CN107082860A是以分子量为350～1000含磺酸基团的小分子二元醇和二异氰酸酯反应制作聚氨酯固化剂，反应物(含磺酸基团的小分子二元醇)的分子量比较大，产物粘度比较高。因此，本专利技术比现有技术更先进。3、本专利技术采用的二羧基磺酸盐原料来源丰富，价格较低，只有对应二羟基磺酸盐或二胺基磺酸盐价格的五分之一，因此，本专利技术技术的实用性更强。4、本专利技术采用的NMP既是二羧基磺酸盐的溶剂，又是异氰酸酯反应的催化剂，双重功能对多异氰酸酯的亲水化反应起到了积极有利作用，降低了反应温度，缩短了反应时间。5、本专利技术优选热气鼓泡法，向产物中通入100℃以下的低温热气，除去溶剂，对产品质量无影响，该方法具有设备投资低、效率高、能源消耗低、操作简便等的优点。6、本专利技术制备的无溶剂水性多异氰酸酯固化剂真正达到了VOC零排放的环保理念，并且还具有色浅，粘度低，有效官能度高、不易黄变、水分散性好、储存稳定性好等优点，适用于与水性聚氨酯分散体、水性丙烯酸乳液、水性醇酸树脂等配套，制成水性双组份聚氨酯涂料和胶粘剂。具体实施方式一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，是含有磺酸基团的多异氰酸酯预聚物。进一步的，这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的固含量>99wt％；再进一步的，这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的固含量可以达到99.5wt％以上。这种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，是将二羧基磺酸盐溶于有机溶剂中，再与多异氰酸酯预聚物反应生成含有磺酸基团的多异氰酸酯预聚物，然后蒸馏出有机溶剂，得到无溶剂水性多异氰酸酯固化剂。优选的，制备方法中，二羧基磺酸盐与多异氰酸酯预聚物的摩尔比为(0.03～0.2)：1；有机溶剂的加入量为二羧基磺酸盐质量的3～10倍。优选的，制备方法中，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。优选的，制备方法中，二羧基磺酸盐为二羧基磺酸碱金属盐；进一步优选的，制备方法中，二羧基磺酸盐为二羧基磺酸钠盐；再进一步优选的，制备方法中，二羧基磺酸盐为苯二甲酸-5-磺酸钠。优选的，制备方法中，多异氰酸酯预聚物为HDI三聚体、HDI缩二脲、HDI预聚物、IPDI三聚体、HMDI预聚物中的至少一种。优选的，制备方法中，蒸馏的具体方法为真空蒸馏法、薄膜蒸馏法、热气鼓泡法中的其中一种；进一步优选的，制备方法中，蒸馏的具体方法为热气鼓泡法。制备方法具体包括以下步骤：a)将二羧基磺酸盐与N-甲基吡咯烷酮加入反应容器中，升温至50℃～60℃搅拌溶解0.5h～1h，加入占多异氰酸酯预聚物总用量30％～70％的多异氰酸酯预聚物反应；b)加入抗氧剂，封闭反应器，通入保护气，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，其特征在于：是含有磺酸基团的多异氰酸酯预聚物。

【技术特征摘要】
1.一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂，其特征在于：是含有磺酸基团的多异氰酸酯预聚物。2.权利要求1所述的一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于：是将二羧基磺酸盐溶于有机溶剂中，再与多异氰酸酯预聚物反应，然后蒸馏出有机溶剂，得到无溶剂水性多异氰酸酯固化剂。3.根据权利要求2所述的一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于：二羧基磺酸盐与多异氰酸酯预聚物的摩尔比为(0.03～0.2)：1；有机溶剂的加入量为二羧基磺酸盐质量的3～10倍。4.根据权利要求3所述的一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于：有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求3所述的一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于：二羧基磺酸盐为二羧基磺酸碱金属盐。6.根据权利要求3所述的一种无溶剂水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于：多异氰酸酯预聚物为HDI三聚体、HDI缩二脲、HDI预聚物、IPDI三聚体、HMDI预聚物中的至少一种。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓鸿，周建明，何绍群，
申请(专利权)人：襄阳精信汇明科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42