一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂及其制备方法，该制备方法为：以原料的质量百分数计，将0.5‑10％的含羟基的氮丙啶类化合物、90‑98％多异氰酸酯、0.08‑0.15％的二月桂酸二丁基锡在50℃‑80℃下反应1‑4h，至体系NCO含量达到理论值，加入阻聚剂，所得反应产物降温至室温，与水性聚氨酯固化剂混合，制得目标产物。本发明专利技术利用氮丙啶改性异氰酸酯固化剂中的氮丙啶基团常温下与羧酸型羟基树脂中羧基的交联反应，在异氰酸根与羟基的交联体系之外，使交联体系进行二次交联，减少体系中的羧基含量，进一步提高固化物的交联密度，从而提高固化物的玻璃化转变温度，提升涂膜的耐水性耐碱性。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂及其制备方法
本专利技术涉及双组分异氰酸酯固化剂，特别是涉及一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂及其制备方法，用于水性双组分涂料中构建双交联网络，提高水性聚氨酯涂膜耐水耐碱性和交联密度。
技术介绍
水性双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好以及耐候性好等特点，是一种可取代溶剂型双组分聚氨酯涂料的环境友好型涂料，逐渐成为当今研究热点。其由水性羟基树脂和水性多异氰酸酯固化剂组成，通常情况下羟基树脂在催化剂的存在下，与水性多异氰酸酯固化剂中的异氰酸根发生交联反应而形成连续透明的涂膜。然而水性羟基树脂中通常含有一定量的羧基等亲水基团，成膜后仍然会存在于涂膜表面，会导致涂膜的耐碱性和耐水性下降。同时多异氰酸酯极易与水发生反应，导致涂膜交联不充分，涂膜出现不平整、不致密、耐水性差、光泽度低等涂膜缺陷。美国专利US5200489、US3996154、中国专利CN101381443等都采用了不同类型的聚醚作为亲水改性剂，成功提高了聚氨酯的亲水性，得到水分散性好、具备好的与羟基树脂的匹配性能。但是由于需要引入大量聚醚才能达到理想的水分散性，所以导致固化剂NCO含量较低，降低了涂膜的交联密度，最终导致涂膜的硬度和耐性降低。德国专利DE4433929A、欧洲专利EP0703255等曾提出用羟基乙磺酸、羟基丙磺酸对多异氰酸酯进行改性，制备的固化剂粘度低、水分散性好。然而通常市场上销售的羟基磺酸以钠盐形式存在，与多异氰酸酯反应后，钠离子会长期残留在涂膜中，降低漆膜的耐碱性、耐水性和光泽。美国专利US6767958曾以N,N-二甲基环己胺为催化剂、采用2-环己氨基-乙磺酸和3-环己氨基-丙磺酸对多异氰酸酯改性，制备得到亲水性好、涂膜性能理想的水性聚氨酯固化剂。中国专利CN104448232A通过改进合成工艺，成功将4-环己氨基-丁磺酸接枝到多异氰酸酯上制备得到水性聚氨酯固化剂。中国专利技术专利申请CN101754990A提出用4-氨基甲苯-2-磺酸对多异氰酸酯改性，同时添加一定量的聚醚醇PEO1，得到非常易于水分散的水性聚氨酯固化剂。但上述现有技术使用的亲水性改性剂具有位阻过大的基团，一方面使得亲水改性剂的磺酸当量低，另一方面易对磺酸基屏蔽，降低了聚氨酯固化剂的亲水性能。使得在提高聚氨酯固化剂亲水性的时候，仍需要加入较大量的亲水改性剂，从而降低了固化剂NCO基团含量，降低涂膜的交联密度，亦降低了涂膜的硬度和耐性。中国专利技术专利申请2017111169943公开了一种氮丙啶型水性封闭多异氰酸酯固化剂及制备方法，其由以下重量百分比的原料组成：水性多异氰酸酯固化剂65-70％、氮丙啶和/或其衍生物10-15％、丙二醇醚酯类溶剂18-25％、助剂0.5-0.8％；所述水性多异氰酸酯固化剂为己二异氰酸酯(HDI)为基体合成的水性化异氰酸酯固化剂和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为基体合成的水性化异氰酸酯固化剂；水性化异氰酸酯固化剂包括己二异氰酸酯类加成物、己二异氰酸类三聚体、己二异氰酸酯(HDI)类多聚体、己二异氰酸酯(HDI)缩二脲和异佛尔酮二异氰酸酯类加成物、异佛尔酮二异氰酸酯类三聚体和异佛尔酮二异氰酸酯类多聚体中的至少一种。所述氮丙啶和/或其衍生物选自氮丙啶、甲基氮丙啶、乙基氮丙啶中的至少一种；所述助剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N二甲基甲酰胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、N,N二甲基环己胺、三亚乙基二胺、三乙胺、三丙基胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。该技术制备的氮丙啶型水性固化剂选用的是单官能度的氮丙啶，残留的氮丙啶化合物毒性大，对人体有致癌作用，不适宜大规模应用。其次单官能度的氮丙啶化合物无法与羟基树脂中的羧基形成交联网络，对涂膜的交联密度没有太大的提升作用。目前市场上迫切地需要提供一种高交联密度、高耐碱以及高硬度的水性双组分聚氨酯固化剂，来满足高性能水性木器涂料和地坪涂料的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，在传统水性双组分聚氨酯涂料交联体系的基础上提出一种构建双交联网络的方法，使水性双组分聚氨酯涂料固化成膜后具有较高的交联密度和较好的耐水耐碱性耐溶剂性。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的制备方法：以原料的质量百分数计，将0.5-10.0％的含羟基的氮丙啶类化合物、90-98％多异氰酸酯、0.08-0.15％的二月桂酸二丁基锡在50℃-80℃下反应1-4h，至体系NCO含量达到理论值，加入阻聚剂，所得反应产物降温至室温，与水性聚氨酯固化剂混合，制得高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂；所述含羟基的氮丙啶其结构通式为：其中R1是小于3个碳的烷烃或者氢原子；R2、R3、R4、R5、R6均为氢原子，n＝1-3。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述水性聚氨酯固化剂的固含量为99-100wt％，NCO质量含量为10-22％，25℃的粘度为2000-6500mPa·s，外观为无色透明或者淡黄色透明的粘稠液体。优选地，所述的水性聚氨酯固化剂为科思创公司的Bayhydur2655、Bayhydur3100、Bayhydur2487、嘉宝莉公司的G610、万华Aquolin163、万华Aquolin166和万华Aquolin269中的一种。优选地，所述的多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI三聚体)、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体(IPDI三聚体)、甲苯二异氰酸酯的三聚体(TDI三聚体)和HDI缩二脲中的一种或多种。优选地，所得反应产物降温至室温后与水性聚氨酯固化剂按照质量比为0.1-10：1混合。优选地，所述的阻聚剂为对甲苯磺酸甲酯、对苯二酚、苯甲酰氯中的一种或者多种。一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂，由上述的制备方法制得；所述的高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的固含量为99-100wt％，NCO质量含量为10-22％，25℃的粘度为2000-6500mPa·s，外观为无色透明或者淡黄色透明的粘稠液体。优选地，根据GB/T5209-1985测试，利用该高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂制备的涂膜具有耐水性，25℃下24h无变化；根据GB-1763-79测试，利用该高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂制备的涂膜具有耐醇性，1h无变化；根据GB/T-1763-1979测试，利用该高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂制备的涂膜浸泡在20％的NaOH溶液中72h无明显变化，且根据GBT6739-2006测试，涂膜铅笔硬度达2H以上。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1)本专利技术制备的新型水性双组分聚氨酯固化剂组合物，通过向体系中引入能够与羧基发生交联反应的氮丙啶基团，利用其常温下与羟基树脂中羧基的反应，进行二次交联反应，可以进一步提高树脂体系固化后的交联密度，提高涂膜的致密性并减少了固化体系中的羧基含量，因此涂膜具有高玻璃化温度，高耐水性和高耐碱性的特点；由其制得的涂膜具有较高的玻璃化转变温度，涂膜平整致密，与传统水性双组分聚氨酯涂料相比具有较高的耐水性和耐溶剂性和更高的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的制备方法：其特征在于，以原料的质量百分数计，将0.5-10.0％的含羟基的氮丙啶类化合物、90-98％多异氰酸酯、0.08-0.15％的二月桂酸二丁基锡在50℃-80℃下反应1-4h，至体系NCO含量达到理论值，加入阻聚剂，所得反应产物降温至室温，与水性聚氨酯固化剂混合，制得高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂；/n所述含羟基的氮丙啶其结构通式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的制备方法：其特征在于，以原料的质量百分数计，将0.5-10.0％的含羟基的氮丙啶类化合物、90-98％多异氰酸酯、0.08-0.15％的二月桂酸二丁基锡在50℃-80℃下反应1-4h，至体系NCO含量达到理论值，加入阻聚剂，所得反应产物降温至室温，与水性聚氨酯固化剂混合，制得高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂；
所述含羟基的氮丙啶其结构通式为：



其中R1是小于3个碳的烷烃或者氢原子；R2、R3、R4、R5、R6均为氢原子，n＝1-3。


2.根据权利要求1所述的高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯固化剂的固含量为99-100wt％，NCO质量含量为10-22％，25℃的粘度为2000-6500mPa·s，外观为无色透明或者淡黄色透明的粘稠液体。


3.根据权利要求1所述的高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的制备方法：其特征在于，所述的水性聚氨酯固化剂为科思创公司的Bayhydur2655、Bayhydur3100、Bayhydur2487、嘉宝莉公司的G610、万华Aquolin163、万华Aquolin166和万华Aquolin269中的一种。


4.根据权利要求1所述的高耐碱水性双组分异氰酸酯固化剂的制备方法：其特征在于，所述的多异氰酸酯为六亚甲基二异氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿金清，韩凯，范方强，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州秀珀化工涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44