一种水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用，所述水性聚氨酯树脂通过多元醇预聚体、亲水单体、异氰酸酯单体、功能单体、扩链剂、有机碱反应得到，所述亲水单体为二羟基类化合物、聚乙二醇、季胺盐中的至少一种，所述功能单体为三羟甲基丙烷、季戊四醇、单甘酯、不饱和脂肪酸中的至少一种。该水性聚氨酯树脂制备的汽车用水性中涂漆具有优异的抗石击性及漆膜硬度，同时其制备的汽车用水性色漆具有优异的附着力及柔韧性，综合性能强，能满足汽车领域更高涂装工艺的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用
本专利技术属于水性涂料
，特别涉及一种水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用。
技术介绍
随着经济的不断发展，人们对汽车的需求量逐年递增。与其配套的涂料产业也得到了长远的发展。然而，在汽车涂料高速发展的同时，也给环境带来了巨大的影响。为了保护生态环境，与汽车涂装相关的法律法规陆续出台。我国在《清洁生产标准汽车制造业(涂装)》中提出VOC排放量要求≤40g/m2，这使得水性涂料得到了快速发展。为了减少涂料使用量及涂装能源消耗，涂装工艺不断更新换代，从水性3C2B涂装工艺发展到3C1B涂装工艺，再到目前最先进的水性免中涂紧凑汽车涂装工艺B1B2。涂装工艺的进步使得涂装流程缩短、减少预烘烤的同时，大大降低VOC排放，节约成本，保护环境。涂装工艺不断发展的同时，与其配套的水性树脂也在不断的进步，尤其是水性聚氨酯树脂越来越受到人们的关注。水性聚氨酯树脂主要用在汽车用水性中涂漆和汽车用水性色漆中，现有水性聚氨酯树脂制得的汽车用水性中涂漆抗石击性较差。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种水性聚氨酯树脂，其制备的汽车用水性中涂漆具有优异的抗石击性，能满足汽车领域更高涂装工艺的要求。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种水性聚氨酯树脂，所述水性聚氨酯树脂通过多元醇预聚体、亲水单体、异氰酸酯单体、功能单体、扩链剂、有机碱反应得到，所述亲水单体为二羟基类化合物、聚乙二醇、季胺盐中的至少一种，所述功能单体为三羟甲基丙烷、季戊四醇、单甘酯、不饱和脂肪酸中的至少一种。优选的，所述二羟基类化合物为二羟基酸类化合物及二羟基磺酸盐类化合物中的至少一种。优选的，所述二羟基磺酸盐类化合物为1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠，1,2-二羟基-3-丙磺酸钠中的至少一种。优选的，所述的二羟基酸类化合物为二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸中的至少一种。优选的，所述不饱和脂肪酸为蓖麻油、大豆油、棕榈油中的至少一种。优选的，所述1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠、三羟甲基丙烷和棕榈油的重量比为1：1：(2-3)。优选的，所述水性聚氨酯树脂的酸值为10-50mgKOH/g，粘度为100-6000mPa·s，数均分子量为4500-100000，固含量为30-65％。优选的，所述的多元醇预聚体为聚碳酸酯多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的至少一种。优选的，所述的催化剂为有机锡化合物、有机铋化合物中的至少一种。进一步优选的，所述的催化剂为为氯化亚锡、单丁基氧化锡、二丁基醋酸锡、二月桂酸锡、马来酸二丁基锡、辛酸亚锡、月桂酸铋中的至少一种。优选的，所述的亲水单体为二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸、1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠，1,2-二羟基-3-丙磺酸钠、聚乙二醇、季胺盐中的至少一种。优选的，所述的异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。优选的，所述的扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇、1,6-己二醇、乙二胺、己二胺、一缩二丙二醇中的至少一种。优选的，所述有机碱包括三乙胺、三乙醇胺、N,N`-二甲基乙醇胺、N,N`-二异丙基乙胺、二异丙胺中的至少一种。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述水性聚氨酯树脂制备方法：一种如上所述的水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：(1)在惰性气体保护下，将多元醇预聚体、亲水单体、异氰酸酯单体、催化剂加入到反应器中，升温，反应；(2)加入功能单体，反应，再加入扩链剂，搅拌反应，降温，加入有机碱进行中和反应；(3)在剪切条件下加入水，搅拌，即得水性聚氨酯树脂。本专利技术的第三个目的在于提供一种涂料，所述涂料包括如上所述的水性聚氨酯树脂。如上所述的水性聚氨酯树脂在涂料及水性免中涂紧凑汽车涂装工艺中的应用。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术水性聚氨酯树脂不含任何有机溶剂，其以水作为稀释剂，极大降低了VOC，减少对环境影响。(2)本专利技术水性聚氨酯树脂内部接入亲水单体及功能单体，使得用其制成的汽车用水性中涂漆具有优异的抗石击性及漆膜硬度，其抗石击性能达到1级，且其漆膜硬度能达到75以上，此外，当亲水单体为1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠，功能单体为三羟甲基丙烷和棕榈油，且1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠、三羟甲基丙烷和棕榈油的重量比为1：1：(2-3)，用该水性聚氨酯树脂制备的汽车用水性中涂漆具有最优的性能，其抗石击性能达到1级的同时漆膜硬度能达到95以上。(3)本专利技术水性聚氨酯树脂内部接入亲水单体及功能单体，使得用其制成的汽车用水性色漆具有优异的附着力、柔韧性、耐水性、耐酸性及耐碱性，其附着力能达到1级以上，且当亲水单体为1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠，功能单体为三羟甲基丙烷和棕榈油，且1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠、三羟甲基丙烷和棕榈油的重量比为1：1：(2-3)，用该水性聚氨酯树脂制备的汽车用水性色漆具有最优的性能，其附着力能达到0级。(4)本专利技术水性聚氨酯树脂的酸值为10-50mgKOH/g，树脂的粘度为100-6000mPa·s，树脂的数均分子量为4500-100000，树脂的固含量为30-65％，而这些特性保证了其在应用到汽车用水性中涂漆和汽车用水性色漆中时，使得汽车用水性中涂漆和汽车用水性色漆均具有优异的性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1：一种水性聚氨酯树脂，包括以下重量份数的原料：聚碳酸酯二醇：20份；二羟甲基丁酸：5份；异佛尔酮二异氰酸酯：20份；季戊四醇：4份；1.2-丙二醇：5份；二月桂酸锡：1份；三乙胺：4份。其制备方法，包括以下步骤：(1)在氮气保护下，将20份聚碳酸酯二醇、5份二羟甲基丁酸、20份异佛尔酮二异氰酸酯、1份二月桂酸锡加入到反应器中，升温到80℃，反应2h；(2)加入4份季戊四醇，进一步反应2h，再加入5份1.2-丙二醇，搅拌反应1h，降温，加入4份三乙胺进行中和反应；(3)在高剪切条件下加入112份去离子水，搅拌2h，即得水性聚氨酯树脂，水性聚氨酯树脂的酸值为12.5mgKOH/g，粘度为3300mPa·s，树脂的数均分子量为6000，固含量为35.6％。实施例2：一种水性聚氨酯树脂，包括以下重量份数的原料：聚酯二醇：25份；1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠：3份；二苯基甲烷二异氰酸酯：15份；六亚甲基二异氰酸酯：5份；三羟甲基丙烷：3份；棕榈油：6份；1,4-丁二醇：6份；月桂酸铋：1.5份；N,N`-二甲基乙醇胺：6份。其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂通过多元醇预聚体、亲水单体、异氰酸酯单体、功能单体、扩链剂、有机碱反应得到，所述亲水单体为二羟基类化合物、聚乙二醇、季胺盐中的至少一种，所述功能单体为三羟甲基丙烷、季戊四醇、单甘酯、不饱和脂肪酸中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂通过多元醇预聚体、亲水单体、异氰酸酯单体、功能单体、扩链剂、有机碱反应得到，所述亲水单体为二羟基类化合物、聚乙二醇、季胺盐中的至少一种，所述功能单体为三羟甲基丙烷、季戊四醇、单甘酯、不饱和脂肪酸中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述二羟基类化合物为二羟基酸类化合物及二羟基磺酸盐类化合物中的至少一种。


3.根据权利要求2所述的一种水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述二羟基磺酸盐类化合物为1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠，1,2-二羟基-3-丙磺酸钠中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的一种水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述不饱和脂肪酸为蓖麻油、大豆油、棕榈油中的至少一种。


5.根据权利要求4所述的一种水性聚氨酯树脂，其特征在于：所述1,4-二羟基-2-丁烷磺酸钠、三羟甲基丙烷和棕榈油的重量比为1：1：(2-3)。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，王明晶，
申请(专利权)人：中山大桥化工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44