專利名稱：一種納米水性聚氨酯固化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水性聚氨酯固化劑。
背景技術(shù)：
固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類增進(jìn)或控制固化反應(yīng)的物質(zhì)或混合物。樹脂固化是經(jīng)過縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學(xué)反應(yīng)，使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過程，固化是通過添加固化劑來完成的。在現(xiàn)有的油性和水性漆中，為了加快漆的固化速度、提高漆膜的各項性能，也需要在漆中添加固化劑，但現(xiàn)有的固化劑的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能較差，造成涂膜的硬度不夠，斷裂伸長率小、耐溶劑性和耐候性不好。溶劑型固化劑既有大量的有機(jī)溶劑對環(huán)境的污染，又有可燃燒的危險性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種納米水性聚氨酯固化劑，本發(fā)明固化劑的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能良好。本發(fā)明的第二目的是提供一種納米水性聚氨酯固化劑的制備方法，該制備方法的工藝簡單，制備出來的固化劑熱力學(xué)性能和機(jī)械性能好。為達(dá)到上述第一目的，一種納米水性聚氨酯固化劑，由如下重量百分比的成分組成
多異氰酸酯46-77%
聚醚多元醇3. 5-17. 2%
磷酸O. 01-0. 05%
納米粉體O. 3-5. 9%
二甲苯、環(huán)己酮、N，N- 二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物16-31%
DBTDL O.01-0. 03%
其中納米粉體為納米SiO2、凹凸棒土、納米Ti02、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石中的一種。為達(dá)到上述第二目的，一種納米水性聚氨酯固化劑的制備方法，其步驟是將46-77%的多異氰酸酯和3. 5-17. 2%的聚醚多元醇加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入O. 01-0. 05%磷酸阻聚劑，控制溫度為60-100°C，合成一種水性多異氰酸酯固化齊U，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的O. 3-5. 9%的納米粉體，以16-31% 二甲苯、環(huán)己酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物作為納米粉體的分散劑，加入O. 01%-0. 3%DBTDL催化劑，在溫度為65°C-100°C下反應(yīng)3h_6h，制得納米水性聚氨酯固化劑；其中上述納米粉體選自納米粉體為納米SiO2、凹凸棒土、納米Ti02、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石中的一種。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)的納米粉體的重量輕，利用很少重量百分比的納米粉體即具有具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性，其力學(xué)性能優(yōu)于纖維增強(qiáng)聚合物體系，可以在二維方向上起到增強(qiáng)的作用，有優(yōu)異的阻隔性能，納米蒙脫土具有容易再生利用的優(yōu)點，納米蒙脫土力學(xué)性能能夠在再生中得到提高，具有抗靜電性和阻燃性，填料顆粒小，能使涂膜的表面更加光潔。在本發(fā)明中，凹凸棒土、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石幾種原料為容易得到且成本較低的粘土類納米材料。通過FeC13等無機(jī)鹽，十六烷基溴化胺、氯化苯胺等有機(jī)鹽表面改性后能增大其親油性，易于與其他功能性有機(jī)物如異氰酸酯鹽、苯胺、聚苯乙烯等反應(yīng)，且由于粘土納米粒子本身的層狀結(jié)構(gòu)和小尺寸效應(yīng)，使得本發(fā)明的納米粉體具有很好的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能。另，金屬氧化物納米粒子如納米SiO2、納米TiO2等通過表面活性基團(tuán)羥基與其他含異氰酸酯基、氨基、羧基等活性基團(tuán)的有機(jī)物反應(yīng)形成了納米復(fù)合材料，由于氨基甲酸酯鍵和S1-O-C、S1-O-Si鍵的雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)的存在，使得涂膜的硬度高，斷裂伸長率大、耐溶劑性、耐候性好。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的納米水性 聚氨酯固化劑由多異氰酸酯，聚醚多元醇，磷酸，納米粉體，二甲苯、環(huán)己酮、N，N- 二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物，DBTDL中的一種組成。其中，聚醚多元醇為甲苯二異氰酸酯(TDI)或己二異氰酸酯(HDI)或HDI三聚體(HXR)或RGff-1 ；RGff-1為自制物質(zhì)，RGW-1由烷氧基硅烷(MEOS)和聚醚多元醇(PEG)反應(yīng)后再與HDI三聚體(HXR)反應(yīng)形成。納米粉體為納米SiO2、凹凸棒土、納米Ti02、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石中的一種。實施例1
將460kg的多異氰酸酯和172kg的甲苯二異氰酸酯(TDI)加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入O. 5kg的磷酸阻聚劑，控制溫度為70°C，合成一種水性多異氰酸酯固化齊U，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的59kg的納米SiO2,以305. 5kg 二甲苯作為納米粉體的分散劑，加入3kgDBTDL催化劑，在溫度為65°C下反應(yīng)6h，制得納米水性聚氨酯固化劑。實施例2
將770kg的多異氰酸酯和35kg的己二異氰酸酯(HDI)加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入O.1kg磷酸阻聚劑，控制溫度為100°C，合成一種水性多異氰酸酯固化劑，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的3kg的凹凸棒土，以IOOkg 二甲苯和91. 8kg環(huán)己酮混合物作為納米粉體的分散劑，加入O.1kg的DBTDL催化劑，在溫度為100°C下反應(yīng)6h，制得納米水性聚氨酯固化劑。實施例3
將688. 4kg的多異氰酸酯和103kg的HDI三聚體(HXR)加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入O. 4kg磷酸阻聚劑，控制溫度為60°C，合成一種水性多異氰酸酯固化劑，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的48kg的納米埃洛石，以4kg的環(huán)己酮、3kg的N，N-二甲基甲酰胺和2kg的四氫呋喃混合物作為納米粉體的分散劑，加入O. 2kgDBTDL催化劑，在溫度為80°C下反應(yīng)4h，制得納米水性聚氨酯固化劑。
實施例4
將的6. 03kg烷氧基硅烷與20. 05kg的聚醚多元醇在80°C下反應(yīng)合成帶有硅氧烷結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅聚醚醇，合成的有機(jī)硅聚醚醇與700kg的HDI三聚體(HXR)反應(yīng)得到RGW-1 ;取606. 7kg的RGW-1和73kg的的多異氰酸酯加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入
O.3kg的磷酸阻聚劑，控制溫度為80°C，合成一種水性多異氰酸酯固化劑，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的9kg的納米蒙脫土，以310kg的N，N- 二甲基甲酰胺作為納米粉體的分散劑，加入O. 2kg的DBTDL催化劑，在溫度為75°C下反應(yīng)5h，制得納米水性聚氨酯固化劑。

實施例5
將590kg的多異氰酸酯和123kg的的甲苯二異氰酸酯(TDI)加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入O. 3kg的磷酸阻聚劑，控制溫度為75°C，合成一種水性多異氰酸酯固化劑，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的47kg的納米Ti02，以239. 5kg的N，N- 二甲基甲酰胺作為納米粉體的分散劑，加入O. 2kg的DBTDL催化劑，在溫度為80°C下反應(yīng)4h，制得納米水性聚氨酯固化劑。本發(fā)明的納米粉體的重量輕，利用很少重量百分比的納米粉體即具有具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性，其力學(xué)性能優(yōu)于纖維增強(qiáng)聚合物體系，可以在二維方向上起到增強(qiáng)的作用，有優(yōu)異的阻隔性能，納米蒙脫土具有容易再生利用的優(yōu)點，納米蒙脫土力學(xué)性能能夠在再生中得到提高，具有抗靜電性和阻燃性，填料顆粒小，能使涂膜的表面更加光潔。在本發(fā)明中，凹凸棒土、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石幾種原料為容易得到且成本較低的粘土類納米材料。通過FeC13等無機(jī)鹽，十六烷基溴化胺、氯化苯胺等有機(jī)鹽表面改性后能增大其親油性，易于與其他功能性有機(jī)物如異氰酸酯鹽、苯胺、聚苯乙烯等反應(yīng)，且由于粘土納米粒子本身的層狀結(jié)構(gòu)和小尺寸效應(yīng)，使得本發(fā)明的納米粉體具有很好的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能。另，金屬氧化物納米粒子如納米SiO2、納米TiO2等通過表面活性基團(tuán)羥基與其他含異氰酸酯基、氨基、羧基等活性基團(tuán)的有機(jī)物反應(yīng)形成了納米復(fù)合材料，由于氨基甲酸酯鍵和S1-O-C、S1-O-Si鍵的雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)的存在，使得涂膜的硬度高，斷裂伸長率大、耐溶劑性、耐候性好。表I是現(xiàn)有固化劑和本發(fā)明固化劑性能的對照表；表2是加入了現(xiàn)有固化劑形成涂膜和加入本發(fā)明固化劑形成涂膜各性能的對照表。表I
權(quán)利要求
1.一種納米水性聚氨酯固化劑，其特征在于由如下重量百分比的成分組成多異氰酸酯46-77%聚醚多元醇3. 5-17. 2%磷酸0. 01-0. 05%納米粉體0. 3-5. 9% 二甲苯、環(huán)己酮、N，N- 二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物16-31%DBTDL0.01-0. 03%其中納米粉體為納米SiO2、凹凸棒土、納米Ti02、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米水性聚氨酯固化劑，其特征在于所述的聚醚多元醇為甲苯二異氰酸酯(TDI)或己二異氰酸酯(HDI)或HDI三聚體(HXR)或RGW-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米水性聚氨酯固化劑，其特征在于所述的RGW-1由烷氧基硅烷(MEOS)和聚醚多元醇(PEG)反應(yīng)后再與HDI三聚體(HXR)反應(yīng)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米水性聚氨酯固化劑，其特征在于各成分的重量百分比為多異氰酸酯59%聚醚多元醇12. 3%磷酸0.03%納米粉體4. 7% 二甲苯、環(huán)己酮、N, N- 二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物23. 95%DBTDL0.02% 。
5.一種納米水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于通過以下步驟制備而成 將46-77%的多異氰酸酯和3. 5-17. 2%的聚醚多元醇加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入0. 01-0. 05%磷酸阻聚劑，控制溫度為60-100°C，合成一種水性多異氰酸酯固化劑，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的0. 3-5. 9%的納米粉體，以16-31%二甲苯、環(huán)己酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物作為納米粉體的分散劑，加入0. 01%-0. 3%的DBTDL催化劑，在溫度為65°C _100°C下反應(yīng)3h_6h，制得納米水性聚氨酯固化劑；其中上述納米粉體選自納米粉體為納米SiO2、凹凸棒土、納米Ti02、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米埃洛石中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于所述的聚醚多元醇為甲苯二異氰酸酯(TDI)或己二異氰酸酯(HDI)或HDI三聚體(HXR)或RGW-1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于當(dāng)聚醚多元醇選自RGW-1時，納米水性聚氨酯固化劑的制備方法是將的烷氧基硅烷與聚醚多元醇在80-100°C下反應(yīng)合成帶有硅氧烷結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅聚醚醇，合成的有機(jī)硅聚醚醇與HXR反應(yīng)得到聚醚多元醇中的一種RGW-1 ； 取3. 5-17. 2%的RGW-1和46-77%的多異氰酸酯加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入0. 01-0. 05%磷酸阻聚劑，控制溫度為60-100°C，合成一種水性多異氰酸酯固化齊U，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的0. 3-5. 9%的納米粉體，以16-31% 二甲苯、環(huán)己酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物作為納米粉體的分散劑，加入0.01%-0. 3%的DBTDL催化劑，在溫度為65°C _100°C下反應(yīng)3h_6h，制得納米水性聚氨酯固化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于其步驟是將59%的多異氰酸酯和12. 3%的甲苯二異氰酸酯(TDI)加入到接有冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，加入0. 03%磷酸阻聚劑，控制溫度為75V，合成一種水性多異氰酸酯固化劑，然后再引入經(jīng)機(jī)械分散、超聲波分散后的4. 7%的納米Ti02，以23. 95%的N，N- 二甲基甲酰胺作為納米粉體的分散劑，加入0. 02%的DBTDL催化劑，在溫度為80°C下反應(yīng)4h，制得納米水性聚氨酯固化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米水性聚氨酯固化劑及其制備方法，固化劑由多異氰酸酯，聚醚多元醇，磷酸，納米粉體，二甲苯、環(huán)己酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種或幾種混合物，DBTDL組成。制備方法是按照比例將上述成分混合在一起。本發(fā)明固化劑的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能好。
文檔編號C08G18/48GK103030969SQ20121055815
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者李會寧, 顏愛軍 申請人:肇慶千江高新材料科技有限公司