一种水性聚脲固化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术属于固化剂技术领域，具体涉及一种水性聚脲固化剂及其制备方法、应用。本发明专利技术的第一个方面提供了一种水性聚脲固化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.亲水改性剂的制备：将C2‑C10多元醇与C4‑C10二元羧酸或酸酐进行反应，得到亲水改性剂；S2.将亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物进行反应，得到水性聚脲固化剂。本申请通过先将C2‑C10多元醇、C4‑C10二元羧酸或酸酐、叔胺化合物与异氰酸酯进行反应，得到具有优良乳化性能的水性聚脲固化剂，同时避免了大分子聚醚带来的耐水性差、硬度降低、NCO含量低的问题，而且弥补了羧酸盐乳化能力不足的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚脲固化剂及其制备方法、应用
本专利技术属于固化剂
，具体涉及一种水性聚脲固化剂及其制备方法、应用。
技术介绍
近年来，化工涂料行业对环保的要求越来越高，国内外相继制定了严厉的环保法规来限制挥发性有机化合物(VOC)向大气排放，而水性涂料以水为分散介质，生产和使用过程中无需化学溶剂，使VOC大大降低，污染最小，因此涂料的水性化成为一个重要趋势。聚脲作为一种综合性能优良的涂料，有广泛的应用，因此开发水性聚脲有重要的意义。目前研究者主要采用固化剂水性化的办法，即对固化剂的分子结构进行改造，使固化剂兼具乳化剂和固化剂的功能，改造方法主要可分为非离子型和阴离子型水性聚脲固化剂。非离子型水性聚脲固化剂通常是将聚醚接枝到固化剂分子上，美国专利US5252696、中国专利CN101381443、CN102504191A等采用聚醚作为亲水改性剂均成功制得了水性聚脲固化剂，但为获得良好的水分散性，它们都在体系中引入了大分子量的聚醚，得到的固化剂体系粘度大，NCO含量低，同时过多的引入亲水聚醚软段还导致了涂膜干燥速度慢、耐水性差、硬度低的缺陷。相比之前，阴离子型水性聚脲固化剂具有NCO含量高、耐水性能好、水分散性更好，在低剪切力下即可在水中稳定分散。阴离子型水性聚脲固化剂常用的亲水改性剂主要有羧酸型和磺酸型亲水改性剂。磺酸基团极性大，亲水性强，引入很少量的磺酸基团即可获得较强的乳化性能。欧洲专利EP0703255、DE4433929A、美国专利US6046295采用羟基乙磺酸、羟基丙磺酸等小分子磺酸和端羟基聚醚磺酸等大分子磺酸作为亲水改性剂制得了粘度低、水分散性优良的水性聚脲固化剂。但羟基丙磺酸有致癌性，对人体有害，且磺酸作为强酸，中和后的磺酸盐具有很强的亲水性和很差的酯溶性，易出现与体系中其他组分相容性差甚至不相容而导致体系浑浊或涂层不透明的情况。相对于磺酸型亲水改性剂，羧酸型亲水改性剂原料易得、环保，与多异氰酸酯的相容性好，但是乳化性能稍差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的第一个方面提供了一种水性聚脲固化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.亲水改性剂的制备：将C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐进行反应，得到亲水改性剂；S2.将亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物进行反应，得到水性聚脲固化剂。作为一种优选的技术方案，所述C2-C10多元醇选自二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇中的至少一种。作为一种优选的技术方案，所述C4-C10二元羧酸或酸酐选自丁二酸、戊二酸、己二酸、顺丁烯二酸酐、2，3-二甲基马来酸酐、2-甲基马来酸酐中的至少一种。作为一种优选的技术方案，步骤S1中，制备原料还包括叔胺化合物。作为一种优选的技术方案，所述叔胺化合物的pH为11-13。作为一种优选的技术方案，所述C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐的物质的量比为1：(0.9-1.1)。作为一种优选的技术方案，所述含异氰酸酯的化合物与亲水改性剂的物质的量比为(1-1.4)：1。本专利技术的第二方面提供了所述的制备方法得到的水性聚脲固化剂。作为一种优选的技术方案，所述水性聚脲固化剂的固含量为100％，粘度(25℃)为2000-3000mPa·s，NCO质量含量为7-11％。本专利技术的第二方面提供了所述水性聚脲固化剂在水性涂料中的应用。有益效果：本申请通过先将C2-C10多元醇、C4-C10二元羧酸或酸酐、叔胺化合物与异氰酸酯进行反应，得到具有优良乳化性能的水性聚脲固化剂，同时避免了大分子聚醚带来的耐水性差、硬度降低、NCO含量低的问题，而且弥补了羧酸盐乳化能力不足的缺陷。具体实施方式为了解决上述问题，本专利技术提供了一种水性聚脲固化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.亲水改性剂的制备：将C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐进行反应，得到亲水改性剂；S2.将亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物进行反应，得到水性聚脲固化剂。作为一种优选的技术方案，步骤S1中，制备原料还包括叔胺化合物。作为一种优选的技术方案，所述水性聚脲固化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.亲水改性剂的制备：将C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐进行反应，然后加入叔胺化合物，检测pH至中性，停止反应，得到亲水改性剂；S2.将亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物进行反应，得到水性聚脲固化剂。步骤S1所述C2-C10多元醇与酸酐反应的温度为60-80℃。作为一种优选的实施方式，所述C2-C10多元醇选自二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇中的至少一种。作为一种优选的实施方式，所述C4-C10二元羧酸或酸酐选自丁二酸、戊二酸、己二酸、顺丁烯二酸酐、2，3-二甲基马来酸酐、2-甲基马来酸酐中的至少一种。作为一种优选的实施方式，所述叔胺化合物的pH为11-13，所述pH的测试条件：叔胺化合物浓度为5g/L的水溶液，测试温度为20℃。进一步优选的，所述叔胺化合物选自N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基丁胺、1-环戊基-N,N-二甲基-2-丙胺、N,N-二甲基己胺中的至少一种。作为一种优选的实施方式，所述亲水改性剂的制备：将C2-C10多元醇加入到反应器中，搅拌，升温至60-80℃，加入C4-C10二元羧酸或酸酐进行反应，待检测不到C4-C10二元羧酸或酸酐时，降温至室温，然后加入叔胺化合物，检测pH至中性，停止反应，得到亲水改性剂，其中，控制C4-C10二元羧酸或酸酐在2.5小时内滴加完。其中，C4-C10二元羧酸或酸酐通过气相色谱进行检测。优选的，所述C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐的物质的量比为1：(0.9-1.1)；更优选的，所述C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐的物质的量比为1：1。优选的，所述C4-C10二元羧酸或酸酐与叔胺化合物的物质的量比为1：(0.9-1.1)；更优选的，所述C4-C10二元羧酸或酸酐与叔胺化合物的物质的量比为1：1。所述“C4-C10二元羧酸或酸酐”指C4-C10二元羧酸或C4-C10酸酐。步骤S2所述亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物的反应温度为70-90℃。所述含异氰酸酯的化合物为异氰酸酯二聚体和/或异氰酸酯三聚体；进一步的，所述含异氰酸酯的化合物选自HDI三聚体、HDI二聚体、IPDI三聚体、IPDI二聚体、TDI二聚体、HDI-TDI混合三聚体中的至少一种。进一步优选的，所述含异氰酸酯的化合物为不含苯环的异氰酸酯三聚体。例如IPDI三聚体、HDI三聚体。所述IPDI三聚体指异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。异佛尔酮二异氰酸酯具有一个环己烷的六节环结构，并带有三个甲基和两个异氰酸酯基团，其中一个异氰酸酯基团直接连接在脂肪环上，而另一个基团则通过亚甲基与脂肪环相连。所述HDI三聚体是六亚甲基二异氰酸酯在催化作用下发生三聚反应得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚脲固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.亲水改性剂的制备：将C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐进行反应，得到亲水改性剂；/nS2.将亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物进行反应，得到水性聚脲固化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚脲固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.亲水改性剂的制备：将C2-C10多元醇与C4-C10二元羧酸或酸酐进行反应，得到亲水改性剂；
S2.将亲水改性剂与含异氰酸酯的化合物进行反应，得到水性聚脲固化剂。


2.如权利要求1所述的水性聚脲固化剂的制备方法，其特征在于，所述C2-C10多元醇选自二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇中的至少一种。


3.如权利要求1所述的水性聚脲固化剂的制备方法，其特征在于，所述C4-C10二元羧酸或酸酐选自丁二酸、戊二酸、己二酸、顺丁烯二酸酐、2，3-二甲基马来酸酐、2-甲基马来酸酐中的至少一种。


4.如权利要求1所述的水性聚脲固化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备原料还包括叔胺化合物。


5.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：易松，杨轩，徐涛，龙绪俭，熊东路，李斌仁，肖增钧，鲁晓东，
申请(专利权)人：深圳市前海博扬研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44