一种高耐性改性水性聚氨酯树脂及其合成方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高耐性改性水性聚氨酯树脂及其合成方法与应用，所述方法包括以下步骤：1)使二异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂以及任选地乙烯基单体A混合反应，得到异氰酸酯封端预聚物；2)向异氰酸酯封端预聚物中加入中和剂和水，剪切分散得到预乳液，再加入多元胺扩链剂；3)向所得乳液中加入引发剂以及任选地乙烯基单体B，引发聚合得到改性水性聚氨酯树脂。本发明专利技术制得的改性水性聚氨酯树脂应用于工业漆涂料领域，其耐性提升明显，可解决工业涂料对高耐性的要求。对高耐性的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐性改性水性聚氨酯树脂及其合成方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种改性水性聚氨酯树脂，尤其涉及一种高耐性改性水性聚氨酯树脂及其合成方法与应用。

技术介绍

[0002]随着全社会对低碳环保理念的不断推进，水性环保型涂料越来越成为行业发展的趋势，其中工业涂料占据着整个涂料行业的重要地位，推动工业涂料油转水对整个涂料行业来讲意义重大。目前水性工业涂料还是以丙烯酸类水性产品为主，由于丙烯酸类自身的性能缺陷，在一些要求严苛的应用领域仍无法满足市场性能应用需求，而聚氨酯由于自身结构的特点，尤其与乙烯基单体复合改性，整合两者的优点来满足工业涂料应用需求已然成为当今人们研究的重点方向。
[0003]但在某些特殊基材的表现上，如金属预处理领域，由于金属基材和水性涂料属于两类不同极性的材料，涂层与金属之间的附着力往往不尽如人意，金属基材与涂料间低的附着力会降低涂层对腐蚀介质的阻挡作用，甚至导致涂层脱落而达不到预期的防护效果，单靠传统乙烯基单体改性聚氨酯很难达到预期的使用效果。为解决这一难题，现如今比较常见的方法是对金属表面先进行磷化或者铬酸盐进行钝化处理，使其在金属表面形成一层钝化膜，来达到保护基材的目的，这些方法虽然效果很好，但在应用过程中需要使用大量有害溶剂，因此均由于环保的要求而被限制使用。
[0004]中国专利CN108779200A中公开了一种水性涂料组合物，包含分散的聚氨酯
‑
乙烯基聚合物杂化物颗粒，通过引入水合肼封端，利用酮肼交联来提升漆膜的耐化学品性，但水合肼为一种高毒化合物，游离于乳液中对环境和人造成伤害，有悖与当今的环保健康发展理念，具有一定的使用局限性。
[0005]因此，如何开发一种健康环保、性能优异的满足工业涂料应用的水性涂料，已成为本领域亟待解决的技术难点之一。

技术实现思路

[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术提出一种高耐性改性水性聚氨酯树脂及其合成方法与应用。本专利技术中改性水性聚氨酯树脂通过乙烯基单体改性聚氨酯引入可聚合单体，成膜过程轻松实现交联，在漆膜与基材之间通过特殊分子桥结构相连增加漆膜附着力，满足应用性能需求，更符合环保及人类发展理念，具有很大的实际使用价值。另外，本专利技术提供的制备方法不仅制备过程简单可控，且合成的改性水性聚氨酯树脂符合环保健康理念且性能优异，满足在工业涂料领域的应用性能要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种高耐性改性水性聚氨酯树脂的合成方法，包括以下步骤：
[0009]1)使二异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂以及任选地乙烯基单体A混合反应，得到异氰酸酯封端预聚物；
[0010]2)向异氰酸酯封端预聚物中加入中和剂和水，剪切分散得到预乳液，再加入多元胺扩链剂；
[0011]3)向所得预乳液中加入引发剂以及任选地乙烯基单体B，引发聚合得到改性水性聚氨酯树脂；
[0012]其中，乙烯基单体A和乙烯基单体B的总用量为二异氰酸酯、多元醇和小分子扩链剂总质量的0.5
‑
2.5倍；
[0013]所述乙烯基单体A、乙烯基单体B中的至少一种包含γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选地，γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的用量为乙烯基不饱和单体A和乙烯基不饱和单体B总质量的1
‑
5％；
[0014]所述多元胺扩链剂至少包含N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷；优选地，N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷的用量为多元胺扩链剂总质量的20
‑
60％。
[0015]作为本专利技术优选的实施方案，所述乙烯基单体A、乙烯基单体B还各自独立的包含丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、四氢呋喃丙烯酸酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、对苯乙烯、丙烯酸烯丙酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种，优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种。
[0016]作为本专利技术优选的实施方案，所述多元胺扩链剂还包含其他的至少含两个异氰酸酯反应性活泼氢的多元胺，优选乙二胺、二环己基甲烷二胺、羟乙基乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、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；
[0017]优选地，所述多元胺扩链剂的用量为二异氰酸酯、多元醇和小分子扩链剂总质量的3
‑
10％。
[0018]作为本专利技术优选的实施方案，形成异氰酸酯封端预聚物的原料中，以二异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂的总质量为100％计，原料占比分别为：
[0019]二异氰酸酯32
‑
45％，多元醇35
‑
55％，小分子扩链剂7
‑
22％；
[0020]优选地，所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯中的任意一种或多种，优选甲苯二异氰酸酯、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]优选地，所述多元醇为数均分子量为500
‑
3000优选1000
‑
2000的大分子多元醇，优选聚乙二醇、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
‑
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、苯酐聚酯多元醇中的一种或多种，更优选聚碳酸酯二元醇；
[0022]优选地，所述小分子扩链剂为分子量小于500的至少含两个异氰酸酯反应性基团的扩链剂，分为醇类扩链剂和/或酸类扩链剂；
[0023]优选的，所述醇类扩链剂为乙二醇、1,2
‑
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
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戊二醇、3
‑
甲基戊烷
‑
1,5
‑
戊二醇、1,6
‑
己二醇、新戊二醇、1,4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐性改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)使二异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂以及任选地乙烯基单体A混合反应，得到异氰酸酯封端预聚物；2)向异氰酸酯封端预聚物中加入中和剂，剪切分散得到预乳液，再加入多元胺扩链剂；3)向所得预乳液中加入引发剂以及任选地乙烯基单体B，引发聚合得到改性水性聚氨酯树脂；其中，乙烯基单体A和乙烯基单体B的总用量为二异氰酸酯、多元醇和小分子扩链剂总质量的0.5
‑
2.5倍；所述乙烯基单体A、乙烯基单体B中的至少一种包含γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；优选地，γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的用量为乙烯基不饱和单体A和乙烯基不饱和单体B总质量的1
‑
5％；所述多元胺扩链剂至少包含N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷；优选地，N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷的用量为多元胺扩链剂总质量的20
‑
60％。2.根据权利要求1所述的高耐性改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，所述乙烯基单体A、乙烯基单体B还各自独立的包含丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、四氢呋喃丙烯酸酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、对苯乙烯、丙烯酸烯丙酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种，优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高耐性改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，所述多元胺扩链剂还包含其他的至少含两个异氰酸酯反应性活泼氢的多元胺，优选乙二胺、二环己基甲烷二胺、羟乙基乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、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；优选地，所述多元胺扩链剂的用量为二异氰酸酯、多元醇和小分子扩链剂总质量的3
‑
10％。4.根据权利要求1
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3任一项所述的高耐性改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，形成异氰酸酯封端预聚物的原料中，以二异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂的总质量为100％计，原料占比分别为：二异氰酸酯32
‑
45％，多元醇35
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55％，小分子扩链剂7
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22％；优选地，所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯中的任意一种或多种，优选甲苯二异氰酸酯、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
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环己烷二异氰酸酯、十二烷基二异氰酸酯、1,5
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萘二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种，更优选二苯基甲烷二异氰酸酯和/或甲苯二异氰酸酯；优选地，所述多元醇为数均分子量为500
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3000优选1000
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2000的大分子多元醇，优选聚乙二醇、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
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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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海东，周操，晋云全，吴双梅，曹玉阳，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：