有机硅改性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种有机硅改性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用，该有机硅改性聚氨酯乳液，主要由以下质量份的组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、脂肪族二异氰酸酯20‑60份、小分子扩链剂0.1‑5份、亲水扩链剂2‑10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和溶剂150～250份。该有机硅改性聚氨酯乳液所形成的胶膜不仅具有较高的力学性能，还具有较强的耐黄变、耐污染性能。

【技术实现步骤摘要】
有机硅改性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子材料
，特别涉及有机硅改性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着全民健身的兴起，弹性聚氨酯球场的需求量越来越大。而水性聚氨酯中含有大量水，有机挥发物含量低，且在使用过程中无需使用溶剂，对环境污染小、非易燃易爆、生产、运输安全可靠等优点而备受人们关注。根据水性聚氨酯的多元醇制备来源可以分为聚醚型水性聚氨酯和聚酯型水性聚氨酯，其中，聚醚型水性聚氨酯，柔顺性好，但具有强度低，耐磨性和附着力差等缺点；聚酯型水性聚氨酯虽然具有较高的强度和耐磨性，但其耐水解性、耐水性差。传统的方法通过用二氧化碳和环氧丙烷共聚而成的聚碳酸酯多元醇为原料，使制得的水性聚氨酯的力学性能、耐磨性能和耐水解性能得到较大的改善，但仍然存在耐溶剂性、耐水性，耐脏污性差等缺点。虽然通过采用硅烷偶联剂对水性聚氨酯进行，可以明显提高胶膜的耐水性和湿附着力，但是其耐化学品性和耐脏污性仍然较差，且必须严格控制硅烷偶联剂的添加量，否则容易造成乳液不稳定而影响其性能。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种耐黄变、耐污染性的有机硅改性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用。一种有机硅改性聚氨酯乳液，主要由以下质量份的组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、脂肪族二异氰酸酯20-60份、小分子扩链剂0.1-5份、亲水扩链剂2-10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和溶剂150～250份。上述有机硅改性聚氨酯乳液通过加入二氧化碳共聚物多元醇、羟基硅油、脂肪族二异氰酸酯、小分子扩链剂、亲水扩链剂、有机金属催化剂及成盐剂，并选择合适的投料比，使二氧化碳共聚物多元醇、羟基硅油、脂肪族二异氰酸酯共聚，生成有机硅改性聚氨酯乳液。该乳液所形成的胶膜不仅具有较高的耐磨性和耐水性，其耐黄变、耐污染性能也得到显著改善，能够满足市场需求。此外，二氧化碳共聚物多元醇分子内含有大量的碳酸酯键及醚键，这些键使得二氧化碳共聚物多元醇在制备成聚氨酯时，容易形成较强的分子内及分子间氢键，使得产品具有较高的力学性能；另外，二氧化碳共聚物多元醇分子内含有大量的侧甲基，侧甲基存在使得碳酸酯键及醚键的内旋转受限，使得制备的水性聚氨酯胶膜表面具有较高的硬度，显著的提升了该聚氨酯乳液胶膜的机械性能。在其中一实施例中，所述有机硅改性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇90份～110份、羟基硅油4～15份、脂肪族二异氰酸酯30-55份、小分子扩链剂0.5-3份、亲水扩链剂3-8份、有机金属催化剂0.05～0.3份、成盐剂1～7份和溶剂180～220份。在其中一实施例中，所述有机硅改性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇95份～105份、羟基硅油5～10份、脂肪族二异氰酸酯40-52份、小分子扩链剂1-3份、亲水扩链剂3-8份、有机金属催化剂0.05～0.3份、成盐剂1～7份和溶剂180～220份。在其中一实施例中，所述脂肪族二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。选择该类脂肪族二异氰酸酯可以增强有机硅改性聚氨酯乳液的耐黄变、耐污染性能。在其中一实施例中，所述成盐剂与所述亲水扩链剂的质量比为1:(1.1～1.5)。将成盐剂和亲水扩链剂的质量比控制在1:(1.1～1.5)的范围内可以提高有机硅改性聚氨酯乳液的稳定性，并可以提高该乳液胶膜的机械性能。在其中一实施例中，所述二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为1000～8000g/mol，羟基官能度为2～6，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25～0.45；及/或，所述羟基硅油的羟基含量为4％-12％。使用上述范围内的二氧化碳共聚物多元醇可以显著提升上述聚氨酯乳液胶膜的机械性能。在其中一实施例中，所述羟基硅油的羟基含量为6％-10％。在其中一实施例中，所述成盐剂选自三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠和氨水中的一种或多种。在其中一实施例中，所述亲水扩链剂选自N,N-二羟乙基单马来酰胺酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、N,N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸和N-(2-氨基乙基)-2-氨基丙磺酸中的一种或多种。在其中一实施例中，所述小分子扩链剂选自乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、1,6-己二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-羟甲基环己烷、三甲基戊二醇、二正丁胺、乙二胺、三甲基己二胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺和异氟尔酮二胺中的一种或多种。在其中一实施例中，所述有机金属催化剂选自辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡和有机铋中的一种或多种。在其中一实施例中，所述溶剂为水。一种有机硅改性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：将所述二氧化碳共聚物多元醇、所述羟基硅油及所述亲水扩链剂混合，在30-60℃下加入所述脂肪族二异氰酸酯，搅拌均匀；加入所述有机金属催化剂，在75-95℃下搅拌3-5小时；降温至50-75℃，加入所述小分子扩链剂，搅拌均匀；再降温至10-50℃，加入所述成盐剂，搅拌均匀；加入所述溶剂，分散即得所述有机硅改性聚氨酯乳液。上述有机硅改性聚氨酯乳液的制备方法通过在不同温度下分步添加各组分，使得聚合反应更充分，可以显著提升产率，且还可以保证所得到的乳液的物理性状。此外，该制备方法简便易行，无需特殊仪器和操作要求，适宜工业生产应用。上述有机硅改性聚氨酯乳液在在制备涂料中的应用。由于上述有机硅改性聚氨酯乳液所形成的胶膜不仅具有较高的耐磨性、耐水性和机械性能，还具有较高的耐黄变、耐污染性，适宜用于制备涂料。一种涂料，主要由上述有机硅改性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液、添加剂和溶剂制备而成。上述涂料采用上述有机硅改性聚氨酯乳液，使得该涂料所形成的薄膜具有较高的耐磨性、耐水性和机械性能的同时，还具有较高的耐黄变、耐污染性。在其中一实施例中，在所述涂料中，以质量份计，主要由上述有机硅改性聚氨酯乳液30-70份、水性丙烯酸乳液5-50份、添加剂1-30份和溶剂10-30份制备而成。在其中一实施例中，在所述涂料中，以质量份计，主要由上述有机硅改性聚氨酯乳液40-60份、水性丙烯酸乳液10-40份、添加剂1-30份和溶剂20-30份制备而成。在其中一实施例中，所述水性丙烯酸乳液的玻璃化转变温度(TG)为20～25℃，羟值为1.2％～1.8％。在其中一实施例中，以重量百分数计，所述添加剂包括：消泡剂0.1～0.5份、杀菌剂0.1～0.5份、润湿剂0.2～1份、分散剂0.2～1份、填料0～8份、纤维素0.1～1份、pH调节剂0.1～0.8份、成膜助剂0.2～2份、增稠剂0.2～4份及色浆0～10份。在其中一实施例中，所述消泡剂为诺普科SN154、诺普科SN318、诺普科SN1370、诺普科SN1340和诺普科SN1360中的一种或多种。在其中一实施例中，所述杀菌剂为陶氏LXE。在其中一实施例中，所述润湿剂诺普科SN990、SN996和SN991中的一种或多种。在其中一实施例中，所述分散剂为诺普科SN5040、SN5027、SN-5029、SN5023、SN6100和SN6150中的一种或多种。在其中一实施例中，所述填料为金红石性钛白粉、高岭土、超细硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机硅改性聚氨酯乳液，其特征在于，主要由以下质量份的组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、脂肪族二异氰酸酯20‑60份、小分子扩链剂0.1‑5份、亲水扩链剂2‑10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和溶剂150～250份。

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性聚氨酯乳液，其特征在于，主要由以下质量份的组分制备而成：二氧化碳共聚物多元醇80份～120份、羟基硅油2～20份、脂肪族二异氰酸酯20-60份、小分子扩链剂0.1-5份、亲水扩链剂2-10份、有机金属催化剂0.01～0.5份、成盐剂1～10份和溶剂150～250份。2.根据权利要求1所述的有机硅改性聚氨酯乳液，其特征在于，所述脂肪族二异氰酸酯选自：异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的有机硅改性聚氨酯乳液，其特征在于，所述成盐剂与所述亲水扩链剂的质量比为1:(1.1～1.5)。4.一种制备权利要求1-3任一项所述的有机硅改性聚氨酯乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述二氧化碳共聚物多元醇、所述羟基硅油及所述亲水扩链剂混合，在30-60℃下加入所述脂肪族二异氰酸酯，搅拌均匀；加入所述有机金属催化剂，在75-95℃下搅拌3-5小时；降温至50-75℃，加入所述小分子扩链剂，搅拌均匀；再降温至10-50℃，加入所述成盐剂，搅拌均匀；加入所述溶剂，分散即...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁鹄岚，李鸿越，梁敏怡，
申请(专利权)人：广州康狄夫环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44