水性封闭异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料技术

本发明专利技术涉及一种水性封闭异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料。该水性封闭异氰酸酯固化剂，包括以下原料：多异氰酸酯三聚体、聚乙二醇单甲醚、聚醚二元醇、封闭剂、助溶剂、碱金属醇盐和中和剂；其中，所述多异氰酸酯选自脂肪族多异氰酸酯三聚体和芳香族多异氰酸酯三聚体中的至少一种，所述聚乙二醇单甲醚选自分子量为300～2000的聚乙二醇醚一元醇中的一种，所述聚醚二元醇的分子量为120～1000。该水性封闭异氰酸酯固化剂可与涂料配方中的氨基树脂、聚酯树脂等具有活性基团的树脂发生反应，在涂膜中引入大量柔性链段结构，能够延缓涂膜受到石击时的能量释放，进而提升涂膜的抗石击性能，使涂膜在低膜厚条件下具有耐石击性。

Water based blocking isocyanate curing agent and its preparation method, water-based coating

The invention relates to a water-based blocking isocyanate curing agent, a preparation method and a water-based coating. The water-based blocking isocyanate curing agent comprises the following raw materials: polyisocyanate trimer, polyethylene glycol monomethyl ether, polyether diol, sealer, cosolvent, alkali metal alkoxide and neutralizer; wherein, the polyisocyanate is selected from at least one of aliphatic polyisocyanate trimer and aromatic polyisocyanate trimer, and the polyethylene glycol monomethyl ether is selected from the molecule One of the polyethylene glycol ether monohydric alcohols with a weight of 300-2000, and the molecular weight of the polyether diol is 120-1000. The water-based blocking isocyanate curing agent can react with amino resin, polyester resin and other resins with active groups in the paint formulation. The introduction of a large number of flexible segments in the film can delay the energy release of the film when it is hit by stone, thus improving the stone resistance of the film and making the film stone resistant under the condition of low film thickness.

【技术实现步骤摘要】
水性封闭异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料
本专利技术涉及涂料
，特别是涉及一种水性封闭异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料。
技术介绍
随着科技的进步和交通运输的高速化，汽车越来越普及，汽车速度也大大提高，这给人们带来极大便利的同时，也给汽车的表面涂层提出了更高的要求。汽车作为重要的户外交通工具，在实际的行驶过程中，车身的表面涂层可能会受到滑落物料、路面碎石等重物的撞击，从而使涂层发生剥落。因此，需要提升汽车涂层的耐石击性，来降低路面碎石等重物撞击对汽车涂层的伤害，从而保护汽车。目前，传统的汽车涂层涂料以溶剂型为主，一般将涂膜厚度设计在40μm左右，可达到抗石击的目的。然而，溶剂型涂料中的VOCs(挥发性有机物)排放对人体和环境都有害，随着环保意识的增强和环保法规的建立，传统溶剂型涂料由于VOCs含量超标，涂膜厚，已经逐渐被淘汰。近年来，新型涂料体系大多是围绕如何降低VOCs来设计，然而涂膜的厚度未见有明显改善。比如，水性聚氨酯中涂漆，虽然其解决了车用中涂漆以溶剂型为主，达到了以水为溶剂，明显减少了对环境的污染，但是水性聚氨酯中涂漆要达到相应所需要的抗石击性能，则必须将涂膜厚度增加，通常涂膜厚度需要达到80μm以上，这极大地增加了生产成本。综上所述，从环保、能耗、成本等各方面因素考虑，各大汽车厂家均希望在满足涂膜各方面性能的前提下，尽量降低涂膜的厚度，以减小能耗、降低成本，实现节能减排的目的，这对汽车涂膜提出了更高的要求。因此，亟需开发一种在低膜厚条件下具有较优的抗石击性能的辅助交联固化剂，以此来提升汽车涂膜在低膜厚条件下的抗石击性能。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种水性封闭异氰酸酯固化剂，能够提升汽车涂膜的抗石击性能。一种水性封闭异氰酸酯固化剂，其原料包括：多异氰酸酯三聚体、聚乙二醇单甲醚、聚醚二元醇、封闭剂、助溶剂、碱金属醇盐和中和剂；其中，所述多异氰酸酯三聚体选自脂肪族多异氰酸酯三聚体和芳香族多异氰酸酯三聚体中的至少一种，所述聚乙二醇单甲醚选自分子量为300～2000的聚乙二醇醚一元醇中的一种，所述聚醚二元醇的分子量为120～1000。上述水性封闭异氰酸酯固化剂，由于聚乙二醇单甲醚、聚醚二元醇和多异氰酸酯三聚体发生亲水改性和扩链反应，使其形成长链结构，并具有亲水性，封闭剂对-NCO基团进行封端，使异氰酸酯基在常温下不具活性，实现异氰酸酯基的封闭，进而得到水性封闭异氰酸酯固化剂，同时通过选用特定范围分子量的聚乙二醇单甲醚和聚醚二元醇进行亲水改性和扩链，使其水分散性好、稳定性好。为了更好的理解本专利技术上述水性封闭异氰酸酯固化剂提高涂膜抗石击性能的原理，由于聚醚二元醇参与扩链反应，使得水性封闭异氰酸酯固化剂中存在大量具有延缓能量释放的弹性结构，该弹性结构的部分链段的结构如下式(I)所示：式(I)中，X为多异氰酸酯三聚体的主链段，Y为聚乙二醇单甲醚脱去的端羟基的氢后的官能团，Z为聚醚二元醇脱去端羟基的氢后的官能团，B为封闭剂脱去活泼氢原子后的官能团。需要说明的是，上述式(I)只是本专利技术水性封闭异氰酸酯固化剂的一种结构示意，不代表其绝对的构型。该弹性结构可与涂料配方中的氨基树脂、聚酯树脂等具有活性基团的树脂发生反应，形成涂膜时引入大量柔性链段结构，能够延缓涂膜受到石击时的能量释放，进而提升涂膜的抗石击性能，使涂膜在低膜厚条件下具有耐石击性。在其中一个实施例中，按重量百分比计，其原料包括25％～55％多异氰酸酯三聚体、2％～15％聚乙二醇单甲醚、0.1％～10％聚醚二元醇、15％～40％封闭剂、2.8％～30％助溶剂、0.05％～0.5％碱金属醇盐和0.05％～0.5％中和剂。在其中一个实施例中，所述聚醚二元醇选自二乙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种；和/或所述封闭剂选自丙二酸酯封闭剂、氨基封闭剂和肟封闭剂中的至少一种；和/或所述助溶剂选自具有1～8个碳原子的饱和一元脂肪烷醇中的至少一种；和/或所述碱金属醇盐选自叔丁醇钾、甲醇钠、甲醇钠甲醇溶液和乙醇钠乙醇溶液中的至少一种；和/或所述中和剂选自磷酸和硫酸中的至少一种。在其中一个实施例中，所述聚醚二元醇为聚乙二醇或聚丙二醇；和/或所述封闭剂为丙二酸酯封闭剂；和/或所述多异氰酸酯三聚体选自异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体和甲苯二异氰酸酯(TDI)三聚体中的至少一种。在其中一个实施例中，所述聚乙二醇单甲醚的分子量为300～1000，所述聚醚二元醇的分子量为120～1000，所述封闭剂为丙二酸酯封闭剂，所述丙二酸酯封闭剂的酯基为具有1～8个碳原子的烷氧甲酰基。本专利技术另一目的在于提供一种水性封闭异氰酸酯固化剂的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇单甲醚、聚醚二元醇和多异氰酸酯进行亲水改性和扩链，得到氨基甲酸酯预聚物；其中，所述聚乙二醇单甲醚选自分子量为300～2000的聚乙二醇醚一元醇中的一种，所述聚醚二元醇的分子量为120～1000，所述多异氰酸酯三聚体选自脂肪族多异氰酸酯三聚体和芳香族多异氰酸酯三聚体中的至少一种；将封闭剂和碱金属醇盐进行预分散，得到分散体；将所述氨基甲酸酯预聚物与所述分散体于60℃～80℃条件下封端，得到混合物，并控制所述混合物中-NCO基团的残余量小于或等于0.4wt％；将所述混合物和中和剂混合调节pH值，然后去除溶剂，加入助溶剂调节固含量，过滤，得到所述水性封闭异氰酸酯固化剂。在其中一个实施例中，所述亲水改性和扩链的温度为40℃～90℃；所述去除溶剂的条件为：真空度为-0.1MPa～-0.099MPa，温度为60℃～80℃。在其中一个实施例中，将所述混合物和中和剂混合后调节pH值为7～10，加入助溶剂调节固含量为70wt％～90wt％。本专利技术又一目的在于提供一种水性涂料，该涂料包括上述的水性封闭异氰酸酯固化剂或采用上述制备方法制得的水性封闭异氰酸酯固化剂。在其中一个实施例中，所述水性涂料还包括主体树脂，所述主体树脂选自氨基树脂和聚酯树脂中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的水性封闭异氰酸酯固化剂水分散性好、稳定性好，且具有延缓能量释放作用的弹性结构，可与涂料配方中的树脂反应，在形成的涂膜中引入大量柔性链段结构，从而帮助涂膜在受到石击时进行能量释放，提升涂膜在低膜厚条件下的涂层抗石击性能。(2)本专利技术的水性封闭异氰酸酯固化剂的固含量高，无可挥发性NCO，无芳烃类、醚类溶剂，低VOCs排放。(3)本专利技术水性封闭异氰酸酯固化剂的制备合成工艺简单，易于实现。(4)本专利技术水性涂料的抗石击性能好，使得涂膜在达到相应抗石击性能要求时，膜厚下降，降低了VOCs排放，可降低能耗和成本。附图说明图1为本专利技术实施例1水性封闭异氰酸酯固化剂的红外图谱；图2为本专利技术实施例2水性封闭异氰酸酯固化剂的红外图谱；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性封闭异氰酸酯固化剂，其特征在于，其原料包括：多异氰酸酯三聚体、聚乙二醇单甲醚、聚醚二元醇、封闭剂、助溶剂、碱金属醇盐和中和剂；/n其中，所述多异氰酸酯三聚体选自脂肪族多异氰酸酯三聚体和芳香族多异氰酸酯三聚体中的至少一种，所述聚乙二醇单甲醚选自分子量为300～2000的聚乙二醇醚一元醇中的一种，所述聚醚二元醇的分子量为120～1000。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性封闭异氰酸酯固化剂，其特征在于，其原料包括：多异氰酸酯三聚体、聚乙二醇单甲醚、聚醚二元醇、封闭剂、助溶剂、碱金属醇盐和中和剂；
其中，所述多异氰酸酯三聚体选自脂肪族多异氰酸酯三聚体和芳香族多异氰酸酯三聚体中的至少一种，所述聚乙二醇单甲醚选自分子量为300～2000的聚乙二醇醚一元醇中的一种，所述聚醚二元醇的分子量为120～1000。


2.根据权利要求1所述的水性封闭异氰酸酯固化剂，其特征在于，按重量百分比计，其原料包括25％～55％多异氰酸酯三聚体、2％～15％聚乙二醇单甲醚、0.1％～10％聚醚二元醇、15％～40％封闭剂、2.8％～30％助溶剂、0.05％～0.5％碱金属醇盐和0.05％～0.5％中和剂。


3.根据权利要求1或2所述的水性封闭异氰酸酯固化剂，其特征在于，所述聚醚二元醇选自二乙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种；和/或
所述封闭剂选自丙二酸酯封闭剂、氨基封闭剂和肟封闭剂中的至少一种；和/或
所述助溶剂选自具有1～8个碳原子的饱和一元脂肪烷醇中的至少一种；和/或
所述碱金属醇盐选自叔丁醇钾、甲醇钠、甲醇钠甲醇溶液和乙醇钠乙醇溶液中的至少一种；和/或
所述中和剂选自磷酸和硫酸中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的水性封闭异氰酸酯固化剂，其特征在于，所述聚醚二元醇为聚乙二醇和聚丙二醇中的一种；和/或
所述封闭剂为丙二酸酯封闭剂；和/或
所述多异氰酸酯三聚体选自异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体和甲苯二异氰酸酯三聚体中的至少一种。


5.根据权利要求1～4任一项所述的水性封闭异氰酸酯固化剂，其特征在于，所述聚乙二醇单甲醚的分子量为30...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻佳，杨鹏飞，张杰，胡启明，黄鹂，
申请(专利权)人：湖南湘江关西涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43