无溶剂的磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种无溶剂的磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物及其制备方法,所述磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物具有以下分子结构式：H

【技术实现步骤摘要】
无溶剂的磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料领域，具体涉及一种水中可分散的无溶剂的磺 酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环保要求的日趋提高，限制VOC排放的以丙烯酸树脂、聚氨 酯树脂、环氧树脂或它们的共聚物树脂为基质的水性涂料替代传统的 溶剂型涂料的比例在近几年迅速增加，与之相配套的水性涂料助剂也 在近几年得到蓬勃发展，其中作为提供水性涂料涂膜的持久增滑耐磨 和防粘功能的水性有机硅助剂是当今和未来的热门研究课题。
[0003]上述功能的有机硅助剂可以使水性涂料涂布或印刷在基材表面 烘干后，一方面防止涂布或印刷的基材在后期卷装或叠放期间涂膜回 粘而导致的基材表面相互粘连现象的发生，一方面可以使涂布或印刷 图案(涂膜)增滑耐磨，使图像保护期尽可能延长，从而防止图像因偶 然摩擦而短期变模糊；与此同时，市场上对该功能有机硅助剂更高端 的需求是除了满足上述能提供涂膜增滑耐磨和防粘功能外，还期望该 功能有机硅助剂能同时赋予涂膜弹滑的手感(肤感)，更进一步期望该 功能有机硅助剂同时与涂料树脂相容性更好，以便尽可能不影响涂膜 的透感或光泽度(这对于要求立体感、层次感分明的涂膜或彩膜是必 要的)。
[0004]已知国内外市场上提供上述部分功能的主流有机硅产品有聚醚 改性聚二甲基硅氧烷和高粘度聚二甲基硅氧烷乳液或乳膏，其中聚醚 改性聚二甲基硅氧烷对涂膜的透感和防粘功能表现尚可，但其增滑和 耐磨功能表现差强人意，国产的高粘度聚二甲基硅氧烷乳液或乳膏对 防粘和耐磨功能表现虽然较好，但其严重影响涂膜的光泽度和透感， 且使用不当，极易造成涂布缩孔和油斑污染。其中在该领域综合应用 功能最好的典型代表产品是美国道康宁公司生产的DC
‑
51、DC
‑
3289 和DC
‑
3238，其中DC
‑
51、DC
‑
3289是80％固含量的高粘度聚二甲基 硅氧烷分散体，DC
‑
3238是100％固含量的高粘度聚二甲基硅氧烷分 散体，上述3个产品代表了目前市场上该应用领域的国内外技术最高 水平，该3个产品几乎垄断了该应用领域的国内外市场。
[0005]尽管如此，上述3个产品仍存在应用缺陷，其中上述3个产品皆 仍然满足不了透感需求，DC
‑
3238虽然满足了肤感需求，但透感较另 外2个产品更差。而且，上述3个产品在水性涂料体系的用量超过2％ 时，也容易出现缩孔现象。另外，由于该3个产品的主体材料是高粘 度的聚二甲基硅氧烷，在本质上与涂料树脂的相容性存在理论和实践 相违背，为弥补这一相容性缺陷，该3个产品采取了添加乳化分散剂 和气相二氧化硅等成分的物理混合手段，但这只提供了产品在涂料和 涂膜体系的暂时相容，随着时间的延长，该3个产品的主要成分高粘 度的聚二甲基硅氧烷仍然会逐渐迁移至涂膜表面，导致主体材料高粘 度的聚二甲基硅氧烷极易被擦除，从而逐渐丧失或减弱涂膜的防粘和 增滑耐磨以及肤感功能。该3个产品的以上缺陷限制了它们在涂膜透 感和光泽度要求较高以及涂膜耐磨持久性要求更高的水性涂料体系 中的应用。
[0006]因此，市场上迫切需求在DC
‑
51、DC
‑
3289和DC
‑
3238的功能基 础上具备与涂料树脂相容性更好、更能提高涂膜透感和光泽度、在涂 膜表面更抗擦除的水性有机硅助剂或添加剂。这也成为该领域的研究 热点和难点。

技术实现思路

[0007]本专利技术为弥补现有技术存在的不足，提供了一种水中可分散的无 溶剂的磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物及其制备方法，该共聚物采 用大分子量的羟烃基或羟基聚醚封端的二羟基聚二甲基硅氧烷和带 双羟基的磺酸盐与二异氰酸酯在无溶剂状态下聚合反应获得。所得聚 合物水中分散后添加入水基涂料中，涂料涂布烘干后的涂膜比现有技 术水平的产品具有更持久的增滑和抗磨性，比现有技术水平的产品具 有与涂料树脂更好相容性，由此产生的涂膜比现有技术水平的产品具 有更显著改善的透明度和光泽度，含有该共聚物的水基涂料较现有技 术水平的产品在涂布及烘干过程中抗缩孔性也得到显著改善，且该聚 合物和其水性分散液无VOC排放，符合环保要求。
[0008]本专利技术一种水中可分散的无溶剂的磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂 共聚物(简称专利技术物，以下同)具有以下分子结构式：
[0009]H
‑
B
‑
(U)
a
‑
(B)
b
‑
(S)
c
‑
B
‑
H
[0010]其中：
[0011]式中的H
‑
代表氢基；
[0012]式中的B代表以下磺酸盐基：
‑
O
‑
CH2(CHO
‑
)CH2‑
SO3Na”或
ꢀ“‑
O
‑
CH2CH2CH(SO3Na)CH2‑
O
‑
；
[0013]式中的U代表以下异氰酸酯基团：
‑
CONH
‑
R1‑
NHCO
‑
，其中R1是如 下结构的烃基中的任意一种：
[0014]‑
C6H3(CH3)
‑
，(其中
‑
C6H3‑
是芳香族苯环结构)；
[0015]或者
‑
C6H4‑
CH2‑
C6H4‑
，(其中
‑
C6H4‑
是芳香族苯环结构)；
[0016]或者
‑
C6H
10
‑
CH2‑
C6H
10
‑
，(其中
‑
C6H
10
‑
是脂环族环己基结构)；
[0017]或者
‑
C6H
12
‑
,(其中
‑
C6H
12
‑
是脂肪族正己基结构)；
[0018]或者
‑
CHCH2C(CH3)2CH2C(CH3)(CH2)(CH2)
‑
,(其中
ꢀ‑
CHCH2C(CH3)2CH2C(CH3)(CH2)(CH2)
‑
是脂环族环己基结构)。优选带脂 肪族或脂环族的结构。
[0019]专利技术物分子结构式中的B基团是由以下二羟基磺酸盐原料与异 氰酸根脱氢反应而得：
[0020]HO
‑
CH2‑
(CH2OH)
–
CH2‑
SO3Na[1,2
‑
二羟基
‑3‑
丙磺酸钠],或 HO
‑
CH2‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无溶剂的磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物，其特征在于，所述磺酸盐基有机硅聚氨酯树脂共聚物具有以下分子结构式：H
‑
B
‑
(U)
a
‑
(B)
b
‑
(S)
c
‑
B
‑
H其中：
①
中的
‑
H代表氢基；
②
式中的B代表以下磺酸盐基：
‑
O
‑
CH2(CHO
‑
)CH2‑
SO3Na”或
“‑
O
‑
CH2CH2CH(SO3Na)CH2‑
O
‑
；
③
式中的U代表以下异氰酸酯基团：
‑
CONH
‑
R1‑
NHCO
‑
，其中R1是如下结构的烃基中的任意一种：
‑
C6H3(CH3)
‑
，(其中
‑
C6H3‑
是芳香族苯环结构)；或者
‑
C6H4‑
CH2‑
C6H4‑
，(其中
‑
C6H4‑
是芳香族苯环结构)；或者
‑
C6H
10
‑
CH2‑
C6H
10
‑
，(其中
‑
C6H
10
‑
是脂环族环己基结构)；或者
‑
C6H
12
‑
,(其中
‑
C6H
12
‑
是脂肪族正己基结构)；或者
‑
CHCH2C(CH3)2CH2C(CH3)(CH2)(CH2)
‑
，其中
‑
CHCH2C(CH3)2CH2C(CH3)(CH2)(CH2)
‑
是脂环族环己基结构；
④
式中的S代表以下改性聚硅氧烷基团：
‑
R2‑
[Si(CH3)2O]
m
‑
R2‑
，其中m是20
‑
100的正整数；其中R2代表如下结构的聚醚链段：
‑
(C2H4O)
p
‑
(C3H6O)
q
‑
，其中p、q是0～15的整数，且1≤p+q≤15，
⑤
式中的a、b、c是0～20的整数，其中a≥2，b≥0,c≥1,a＝b+c+1，且1≤b+c≤20。2.如权利要求1所述的聚氨酯树脂共聚物，其特征在于：所述B基团是由以下原料与异氰酸根脱氢反应而得：HO
‑
CH2‑
(CH2OH)
–
CH2‑
SO3Na[1,2
‑
二羟基
‑3‑
丙磺酸钠],或HO
‑
CH2‑
CH2‑
(CH
‑
SO3Na)
–
CH2OH[1，4
‑
丁二醇
‑2‑
磺酸钠]。3.如权利要求1所述的聚氨酯树脂共聚物，其特征在于：所述R1选自以下任意一种二异氰酸酯的分子内的非
‑
NCO部分：2，4
‑
甲苯二异氰酸酯(TDI)或者二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(H
12
MDI)或1，6
‑
己二异氰酸酯(HDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。4.如权利要求1所述的聚氨酯树脂共聚物，其特征在于：所述S基团是由以下结构的羟烃基或羟基聚醚封端的二羟基聚二甲基硅氧烷与异氰酸根脱氢反应而得：H
‑
O
‑
R2‑
[Si(CH3)2O]
m
‑
R2‑
O
‑
H,其中m是20～100的正整数，优选m＝25～80；其中R2代表如下结构的聚醚链段：
“‑
O<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国杰，程存念，隋立恒，贾利攀，
申请(专利权)人：湖南雷利新材料有限公司长沙膜尔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：