一种水性聚氨酯组合物的制备方法及其用途技术

本发明专利技术提供一种水性聚氨酯组合物的制备方法及应用，本发明专利技术提供的水性聚氨酯组合物的制备方法，包括如下步骤：合成异氰酸酯封端的预聚物，加入有机溶剂和二元仲胺扩链剂，反应结束后经中和分散得水性聚氨酯粗乳液，最后脱除所有低沸点溶剂得水性聚氨酯组合物。所制得的水性聚氨酯组合物制备过程简单可控，合成的树脂成本低廉，性能优异，满足木器漆涂料应用需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯组合物的制备方法及其用途


[0001]本专利技术涉及一种水性聚氨酯组合物的制备方法及其用途，特别涉及一种高活性异氰酸酯水性聚氨酯组合物的制备方法及在木器漆涂料领域的应用。

技术介绍

[0002]现如今随着人们健康环保意识的逐渐增强和国家相关法律法规的日趋严格，溶剂型聚氨酯的生存空间不断受到挤压，水性聚氨酯应运而生，推动整个涂料行业油改水已成为行业的共识；而传统水性聚氨酯其在应用性能特别是售价方面与溶剂型聚氨酯相比相差较大，无法满足对成本要求严苛的客户的需求，很难拓宽水性聚氨酯的应用领域。
[0003]芳香族异氰酸酯由于价格低廉，且制备的水性聚氨酯中大量引入苯环等刚性结构，其性能与传统脂肪族水性聚氨酯相比在丰满度、耐化学品性、耐老化、耐磨性和硬度等方面有明显优势，越来越成为人们研究的对象。但由于芳香族异氰酸酯活性基团
‑
NCO受苯环吸电子作用影响，反应活性远高于脂肪族异氰酸酯，在制备水性聚氨酯水分散过程中与水副反应程度大，很难制备出水性聚氨酯乳液，水性化进程受阻。
[0004]目前行业通过降低分散前预聚体NCO和混拼一定比例的脂肪族异氰酸酯来减弱分散过程中副反应的发生：一般通过小分子多元醇扩链反应降低分散前NCO，由于反应后期NCO浓度降低，预聚体分子量变大，且小分子醇需要较高的温度与NCO反应，这使得预聚时间延长并且体系粘度增大有凝胶风险，不利于大规模工业化生产；通过混拼脂肪族异氰酸酯虽然能减弱副反应发生，但脂肪族异氰酸酯价格昂贵不利于低成本的目的，另外由于减少了苯环等刚性基团的引入其应用性能也有损失。
[0005]因此，如何开发一款成本低廉、性能优异的水性聚氨酯树脂产品，已成为本领域亟待解决的技术难点之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术为弥补现有技术存在的不足，提供一种水性聚氨酯组合物的制备方法及该制备方法制得的组合物在木器漆涂料中的应用，本专利技术提供的制备方法尤其适用于高活性异氰酸酯水性聚氨酯树脂的制备，所制得的水性聚氨酯组合物制备过程简单可控，合成的树脂成本低廉，性能优异，满足木器漆涂料应用需求。
[0007]本专利技术为达到其目的，采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术第一方面提供一种水性聚氨酯组合物的制备方法，包括如下步骤：
[0009]首先合成异氰酸酯封端的预聚物，向异氰酸酯封端预聚物中加入低沸点有机溶剂充分混合溶解，加入二元仲胺扩链剂，扩链完毕后加入中和剂，然后在高速剪切下加入去离子水分散，分散结束后得水性聚氨酯粗乳液，最后脱除低沸点有机溶剂。
[0010]其中，所述异氰酸酯封端预聚物为包含如下各组分的原料混合反应制得：多异氰酸酯、大分子多元醇、小分子多元醇、亲水扩链剂、多元胺扩链剂。
[0011]本专利技术的制备方法，制备所述水性聚氨酯组合物的各原料的用量为：
[0012]1)所述多异氰酸酯用量为异氰酸酯封端预聚物质量的30
‑
42wt％；
[0013]2)所述大分子多元醇用量为异氰酸酯封端预聚物质量的39
‑
60％；
[0014]3)所述小分子多元醇用量为异氰酸酯封端预聚物质量的2
‑
10wt％；
[0015]4)所述亲水扩链剂用量为异氰酸酯封端预聚物质量的4
‑
8wt％；
[0016]5)所述多元胺扩链剂用量为异氰酸酯封端预聚物质量的1
‑
3％；
[0017]6)所述中和剂用量为亲水扩链剂物质的量的20％
‑
60％；
[0018]7)所述低沸点溶剂用量为异氰酸酯封端预聚物质量的0.8
‑
1.6倍；
[0019]8)所述的二元仲胺扩链剂的用量为异氰酸酯封端预聚物质量的2.5
‑
7％。
[0020]本专利技术的制备方法，所述多异氰酸酯可以是脂肪族多异氰酸酯、脂环族多异氰酸酯、芳香族多异氰酸酯或者其混合物，优选包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、戊二异氰酸酯、六氢甲苯二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、1,4
‑
环己烷二异氰酸酯、十二烷基二异氰酸酯、1,5
‑
萘二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯等中的一种或多种，更优选二苯基甲烷二异氰酸酯和/或甲苯二异氰酸酯。
[0021]本专利技术的制备方法，所述大分子多元醇的数均分子量为600
‑
8000，包括本领域已知的含异氰酸酯反应性基团的聚醚酯，可以是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇中的一种或多种，优选包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇
‑
丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、二聚酸聚酯多元醇、聚烯烃多元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚己二酸1,4
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丁二醇酯二元醇、聚己二酸新戊二醇酯二元醇、聚己二酸1,6
‑
己二醇酯二元醇和聚己二酸新戊二醇酯1,6
‑
己二醇酯二元醇中的一种或多种，更优选聚丙二醇醚二元醇。
[0022]本专利技术的制备方法，所述小分子多元醇为分子量小于300g/mol的多元醇，优选为乙二醇、1,2
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丙二醇、1,3
‑
丙二醇、1,2
‑
丁二醇、1,3
‑
丁二醇、1,4
‑
丁二醇、1,5
‑
戊二醇、3
‑
甲基戊烷
‑
1,5
‑
戊二醇、1,6
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己二醇、新戊二醇、1,4
‑
环己基二甲醇、1,2
‑
环己二醇、1,4
‑
环己二醇、2
‑
乙基
‑3‑
丙基戊二醇、2,2
‑
二甲基戊二醇、二甘醇、丙三醇和三羟甲基丙烷中的一种或多种，优选1,4
‑
环己烷二甲醇。
[0023]本专利技术的制备方法，所述亲水扩链剂包括带有离子或潜在离子基团的可与异氰酸酯反应的化合物，包括二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、氨基酸、氨基磺酸盐、酒石酸、N,N
‑
二羟甲基马来酰胺酸、二氨基苯甲酸、二羟基丙磺酸钠中的一种或两种，优选二羟甲基丙酸。
[0024]本专利技术的制备方法，所述的多元胺扩链剂包括乙二胺、羟乙基乙二胺、六亚甲基二胺、五亚甲基二胺、二亚乙基三胺、异佛尔酮二胺、4,4
‑
二苯基甲烷二胺中的一种或多种，优选羟乙基乙二胺和异佛尔酮二胺中的一种或多种，优选异佛尔酮二胺。
[0025]本专利技术的制备方法，所述中和剂包括氢氧化纳，氢氧化钾，三乙胺，N，N
‑
二甲基乙醇胺，二甲基环己胺，三乙醇胺，甲基二乙醇胺，二异丙醇胺，乙基二异丙胺，二异丙基环己基胺，N
‑
甲基吗啉，2
‑
氨基
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先制备异氰酸酯封端预聚物，然后向异氰酸酯封端预聚物中加入低沸点有机溶剂充分混合溶解，加入二元仲胺扩链剂，扩链完毕后加入中和剂，然后在高速剪切下加入水分散，分散结束后得水性聚氨酯粗乳液，最后脱除低沸点有机溶剂；优选地，所述异氰酸酯封端预聚物为包含如下各组分的原料混合反应制得：多异氰酸酯、大分子多元醇、小分子多元醇、亲水扩链剂、多元胺扩链剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述水性聚氨酯组合物的各原料的用量为：1)所述多异氰酸酯用量为异氰酸酯封端预聚物质量的30
‑
42wt％；2)所述大分子多元醇用量为异氰酸酯封端预聚物质量的39
‑
60％；3)所述小分子多元醇用量为异氰酸酯封端预聚物质量的2
‑
10wt％；4)所述亲水扩链剂用量为异氰酸酯封端预聚物质量的4
‑
8wt％；5)所述多元胺扩链剂用量为异氰酸酯封端预聚物质量的1
‑
3％；6)所述中和剂用量为亲水扩链剂物质的量的20％
‑
60％；7)所述低沸点有机溶剂用量为异氰酸酯封端预聚物质量的0.8
‑
1.6倍；8)所述的二元仲胺扩链剂的用量为异氰酸酯封端预聚物质量的2.5
‑
7％。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述多异氰酸酯是脂肪族多异氰酸酯、脂环族多异氰酸酯、芳香族多异氰酸酯或者其混合物，优选包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、戊二异氰酸酯、六氢甲苯二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、1,4
‑
环己烷二异氰酸酯、十二烷基二异氰酸酯、1,5
‑
萘二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯等中的一种或多种，更优选二苯基甲烷二异氰酸酯和/或甲苯二异氰酸酯。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述大分子多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇中的一种或多种，优选包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇
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丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、二聚酸聚酯多元醇、聚烯烃多元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯二元醇、聚己二酸1,4
‑
丁二醇酯二元醇、聚己二酸新戊二醇酯二元醇、聚己二酸1,6
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己二醇酯二元醇和聚己二酸新戊二醇酯1,6
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己二醇酯二元醇中的一种或多种，更优选聚丙二醇醚二元醇。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述小分子多元醇为分子量小于300g/mol的多元醇，优选乙二醇、1,2
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丙二醇、1,3
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丙二醇、1,2
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丁二醇、1,3
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丁二醇、1,4
‑
丁二醇、1,5
‑
戊二醇、3
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡海东，周操，晋云全，纪学顺，孙家宽，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：