一种基于刺激响应方式的快干生物基水性聚氨酯涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料及其制备方法，其原料按照质量份数比，包括有：生物基多元醇33～46份；二元异氰酸酯25～36份；快干型内乳化剂16～26份；催化剂1～2份；中和剂5～8份颜料0～4份；稳定剂2～3份；填料0～5份；增塑剂0～2份；增黏剂0～1份。本发明专利技术中得到的水性聚氨酯涂料，是一种基于刺激响应型内乳化剂的生物基水性聚氨酯涂料，在一定刺激条件下，内乳化剂能够发生响应行为，乳化剂亲水性在调控下被打破，从而促使乳液中的聚氨酯颗粒从水溶液中沉降，水分子的挥发不再受聚合物颗粒聚集及聚合物链间扩散、渗透、缠绕的影响，实现涂料在低温下快干的目标，这种策略下的涂料具有优良的低温快干性能，可以充分满足各型应用场合。可以充分满足各型应用场合。可以充分满足各型应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于刺激响应方式的快干生物基水性聚氨酯涂料及其制备方法


[0001]本专利技术属于水性聚氨酯涂料
，具体涉及一种基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯涂料是一种1960年以后发展起来的新型涂料，具有良好的耐磨、耐溶剂、耐疲劳及耐低温性能，近年来在建筑装饰、轨道交通、仪器仪表等方面得到了广泛的应用。传统的溶剂型聚氨酯涂料在施工过程中，需要添加大量有机溶剂进行稀释，不可避免的会因有机溶剂的挥发，产生部分有毒气体，危害人类健康的同时也造成了严重的环境污染。水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，减轻了挥发性有机物质的释放问题，在继承了传统溶剂型聚氨酯材料的优良性能的同时，更具有环保、低毒性、相容性好等新特性，广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革合成革涂饰剂等领域。
[0003]目前水性聚氨酯涂料在实际的应用中仍旧存在一些问题，例如水性聚氨酯涂料本身的抗拉伸强度和耐水效果较差，且不具备低温下的快干功能。这是由于水性涂料成膜过程(如图1)中存在的固有问题导致的：
[0004]在成膜初期，水分逐渐挥发，原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保持分散状态的聚合物颗粒和助剂颗粒逐渐靠拢，但仍可自由运动，水分的挥发与单纯水的挥发相似，为恒速挥发。在成膜中期，随着水分的进一步挥发，聚合物颗粒和助剂颗粒表面的吸附层破坏，成为不可逆的相互接触，达到紧密堆积，该阶段水分挥发速度约为初期的5～10％。成膜后期，聚合物界面分子链相互扩散、渗透、缠绕，使涂膜性能进一步提高的同时，在涂料表面形成具有一定性能的连续膜，阻止膜内水分的直接挥发，水分大部分只能通过内部缓慢扩散至表面进而挥发，所以挥发速度很慢。
[0005]水性聚氨酯涂料的快速低温干燥问题依旧是制约其发展的一大难点，也是目前市售的大部分水性聚氨酯涂料存在的普遍不足：
[0006]中国专利技术专利申请CN 111303753 A公开了一种单组分外露型快干聚氨酯防水涂料及其制备方法，该聚氨酯防水涂料由多异氰酸酯预聚物、苯二亚甲基二异氰酸酯、聚醚多元醇、脂肪族扩链剂、颜填料及助剂制备而成，其中多异氰酸酯预聚物为苯二亚甲基二异氰酸酯与三羟甲基丙烷反应制得，得到的聚氨酯防水涂料的表干时间为3.5～6小时，实干时间在20小时左右，拉伸强度在 6.8～19.6MPa范围波动。
[0007]中国专利技术专利申请CN 104861846A公开了一种水基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料，该涂料制备材料主要为：聚氨酯、聚丙烯酸、分散剂、增稠剂、乙醇水溶液、成膜剂和颜料，得到的水性聚氨酯涂料的固含量大于60％，进而达到涂料的快干要求。这种通过提高固含量实现快干性能的方式，某种程度上解决了水性涂料的表干速率问题，但不能解决实干时间长的问题。
[0008]中国专利技术专利申请CN 104804633 A公开了一种一种低温快干型丙烯酸聚氨醋涂
料及其制备方法，该涂料由A组分和B组分组成，其中A组分的组合物成分为羟基丙烯酸树脂、氨基树脂、改性聚天门冬氨酸酯、颜料、填料、分散剂、消泡剂、流平剂、硅烷偶联剂、调节剂、混合溶剂；而B组分为异佛尔酮二异氰酸酯，该涂料的低温快干机理是基于羟基丙烯酸树脂、氨基树脂与异佛尔酮二异氰酸酯快速反应实现的。但这种双组分快干性涂料制备工艺复杂，在实际操作过程中也远没有单组份涂料便捷高效。
[0009]基于此，开发一种具有低温快干性能的生物基水性聚氨酯涂料能够进一步提高水性涂料的施工效率，推进水性涂料的普及。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料及其制备方法，从而进一步提高水性涂料的施工效率，推进水性涂料的发展。
[0011]本专利技术这种基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，其原料按照质量份数比，包括有：生物基多元醇33～46份；二元异氰酸酯25～36份；快干型内乳化剂16～26份；催化剂1～2份；中和剂5～8份。
[0012]所述的原料按照质量份数比，还包括有：颜料0～4份；稳定剂2～3份；填料0～5份；增塑剂0～2份；增黏剂0～1份。
[0013]所述的生物基多元醇为蓖麻油，其羟基值为162～168mg KOH/g；所述二元异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯、二甲基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述的快干型内乳化剂为包含有双硫键，希夫碱，双碲键，双硒键，酰腙键，受阻脲键，三硫酯键，环硼氧烷和硼酸酯键中的一种或多种动态可逆化学键的有机化合物；所述的催化剂为有机锡类催化剂和叔胺基类催化剂中的一种；所述的中和剂为三乙胺，三乙醇胺，N
‑
甲基二乙醇胺，氨水，碳酸氢钠，碳酸钠中的一种。
[0014]优选的，所述的快干型内乳化剂为结构式Ⅰ和Ⅱ中的一种：
[0015][0016]所述的颜料为钛白粉、炭黑、氧化锌中的一种；稳定剂为聚合物稳定剂和无机稳定剂中的一种，聚合物稳定剂为多价羧酸盐类聚合物稳定剂、嵌段高分子共聚物稳定剂中的一种，无机稳定剂为氧化锌、三氧化二铁、二氧化钛中的一种；填料为水性金属闪光粉、云母粉、滑石粉、石英粉中的一种；增塑剂为氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种；增黏剂为钠基膨润土、醚类纤维素、黏土中的一种。
[0017]本专利技术这种基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，包括以下步骤：
[0018]S1：将生物基多元醇，快干型内乳化剂和二元异氰酸酯加入到三口烧瓶中进行混合，接着加入催化剂，然后在设定温度下进行搅拌反应，反应结束后，得到聚氨酯预聚物；
[0019]S2：向步骤S1中的聚氨酯预聚物中滴加入中和剂，搅拌混匀后，向乳液中加入颜料、稳定剂及增塑剂，并滴加去离子水并提高转速进行乳化，得到水性聚氨酯水溶液；
[0020]S3：向水性聚氨酯水溶液中加入增黏剂及填料，调节溶液的流平性，得到性能良好的水性聚氨酯涂料。
[0021]所述步骤S1中，设定温度为75～85℃，搅拌速度为180～250r/min，搅拌反应时间为3～4h。
[0022]所述步骤S2中，搅拌混匀时间为20～30min；聚氨酯预聚物与去离子水的体积比为1/3～1；提高转速至1100r/min以上；乳化时间为20～40min。
[0023]本专利技术的有益效果：1)本专利技术中得到的水性聚氨酯涂料，是一种基于刺激响应型内乳化剂的生物基水性聚氨酯涂料，在一定刺激条件下，内乳化剂能够发生响应行为，乳化剂亲水性在调控下被打破，从而促使乳液中的聚氨酯颗粒从水溶液中沉降，水分子的挥发不再受聚合物颗粒聚集及聚合物链间扩散、渗透、缠绕的影响，实现涂料在低温下快干的目标，这种策略下的涂料具有优良的低温快干性能，可以充分满足各型应用场合；2)本专利技术中得到的水性聚氨酯涂料，采用生物基材料，安全环保无毒，改善了施工环境保障了施工人员的人身安全。
附图说明
[0024]图1为本专利技术
技术介绍
中的涂料成膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，其特征在于，其原料按照质量份数比，包括有：生物基多元醇33～46份；二元异氰酸酯25～36份；快干型内乳化剂16～26份；催化剂1～2份；中和剂5～8份。2.根据权利要求1所述的基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的原料按照质量份数比，还包括有：颜料0～4份；稳定剂2～3份；填料0～5份；增塑剂0～2份；增黏剂0～1份。3.根据权利要求1所述的基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的生物基多元醇为蓖麻油，其羟基值为162～168mg KOH/g；所述二元异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯、二甲基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述的快干型内乳化剂为包含有双硫键，希夫碱，双碲键，双硒键，酰腙键，受阻脲键，三硫酯键，环硼氧烷和硼酸酯键中的一种或多种动态可逆化学键的有机化合物；所述的催化剂为有机锡类催化剂和叔胺基类催化剂中的一种；所述的中和剂为三乙胺，三乙醇胺，N
‑
甲基二乙醇胺，氨水，碳酸氢钠，碳酸钠中的一种。4.根据权利要求3所述的基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的快干型内乳化剂为结构式Ⅰ和Ⅱ中的一种：5.根据权利要求2所述的基于刺激响应方式的低温快干生物基水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的颜料为钛白粉、炭黑、氧化锌中的一种；稳定剂为聚合物稳定剂和无机...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐俊涛，雷陈栋，申儒林，喻桂朋，潘春跃，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：