耐水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水性聚氨酯涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐水、耐候聚酯型水性聚氨 酯乳液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水性聚氨酯以水為分散介質(zhì)，具有不燃、氣味小和不污染環(huán)境等優(yōu)點。近年來隨著 人們對環(huán)境保護關(guān)注程度的日益加深，使水性聚氨酯在各個行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。多數(shù)水性 聚氨酯是由自乳化法制備，由于此法制備的聚氨酯結(jié)構(gòu)中存在親水基團，使得涂膜的耐水 性、耐溶劑性和耐候性較差，限制了其使用范圍。雖然聚酯型水性聚氨酯涂膜的硬度、粘附 力優(yōu)于聚醚型水性聚氨酯，但是聚酯多元醇的酯基易水解，聚酯型水性聚氨酯的耐水性較 聚醚型水性聚氨酯差，目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的水性聚氨酯主要是聚醚型水性聚氨酯。因此，對 聚酯型水性聚氨酯的耐水性進行改進具有現(xiàn)實意義。
[0003] 目前，國內(nèi)聚氨酯領(lǐng)域工作者對聚酯型水性聚氨酯做了一定的研宄工作并給與了 報道。如專利申請?zhí)?02136168. 1"，名稱為"耐水解的聚酯型聚氨酯膠粘劑的制備方法"， 是采用增加直鏈聚酯二元醇的分子量和引入帶側(cè)基的二元醇對酯基進行保護，從而提高水 性聚酯型聚氨酯膠粘劑的耐水性。另如專利號為：201110442843. 3,發(fā)明名稱為一種耐水、 耐候的聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散體及其制備方法，是采用丙烯酸單體和聚酯型聚氨 酯預(yù)聚體共聚，在聚氨酯中引入丙烯酸改進聚酯水性聚氨酯的耐水性。
[0004] 在現(xiàn)有的技術(shù)資料中，還未見采用大分子有機硅對聚酯型水性聚氨酯進行改性提 高聚氨酯耐水性、耐候性的研宄報道及應(yīng)用范例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種固含量高、柔軟性好的耐 水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供的耐水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液，按質(zhì)量百分比計算，由以下原料 反應(yīng)而成：
[0007] 聚酯二元醇 8, 00%-19. 00%; 二異氰酸酯 3. 00%-10. 00%; 催化劑 0. 02%-0. 04%; 擴鏈劑 0. 70%-1. 70%; 有機溶劑 5. 00%-10. 00%; 有機硅 2. 00%-12. 00%; 中和劑 0, 60%-1. 20%; 封端劑 0. 50%-1. 60%; 去離子水 57. 00%-65. 00%。
[0008] 其中，所述聚酯二元醇為聚己二酸聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己內(nèi)酯二元 醇。
[0009] 其中，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、4, 4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾 酮二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯或二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯。
[0010] 其中，所述催化劑為二月桂酸二丁基錫或辛酸亞錫。
[0011] 其中，所述擴鏈劑為陰離子擴鏈劑及非離子擴鏈劑，陰離子擴鏈劑為二輕甲基丙 酸；非離子擴鏈劑為1，4_ 丁二醇或乙二醇。
[0012] 其中，所述有機溶劑為丙酮、N甲基毗咯烷酮或異丙醇。
[0013] 其中，所述有機硅為氨基硅油或三元嵌段硅油，氨基硅油為含有氨基或含亞氨基 的聚硅氧烷中的一種。
[0014] 其中，所述中和劑為三乙胺。
[0015] 其中，所述封端劑為乙醇。
[0016] 本發(fā)明提供的耐水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液的制備方法，包括以下步驟：
[0017] (1)、按上述的質(zhì)量百分比分別稱取各原料；
[0018] (2)、將聚酯二元醇升溫至100-120°C，真空脫水處理15-30min，降溫至30-50°C， 得到脫水后的聚酯二元醇；
[0019] (3)、將二異氰酸酯和催化劑加入脫水后的聚酯二元醇中，攪拌均勻，升溫至 78-80°C，保溫反應(yīng)60min-90min，得到初聚體；
[0020] (4)、將初聚體的溫度控制在78-80°C，加入擴鏈劑，反應(yīng)60-90min，得到聚氨酯預(yù) 聚體；
[0021] (5)、將有機溶劑加入聚氨酯預(yù)聚體中，攪拌均勻，冰浴降溫至0-5°C，然后滴入有 機娃，反應(yīng)60-90min，得到有機改性聚氨醋；
[0022] (6)、將封端劑加入有機硅改性聚氨酯中，室溫條件下反應(yīng)30min，然后加入中和 劑，室溫條件下，攪拌處理15-20min，加入去離子水，攪拌乳化分散15-30min，即得耐水、耐 候聚酯型水性聚氨酯乳液。
[0023] 本發(fā)明以聚酯二元醇為軟段材料、以陰離子單體為親水?dāng)U鏈劑和二異氰酸酯反應(yīng) 制備聚氨酯預(yù)聚體，并以大分子有機硅對聚氨酯預(yù)聚體進行側(cè)鏈接枝改性，所制備出的有 機硅改性聚酯型水性聚氨酯呈微乳液狀態(tài)，存儲穩(wěn)定性好，在涂膜過程改性聚氨酯中的聚 氨酯單元和硅氧烷鏈段產(chǎn)生微相分離，聚氨酯單元和涂膜的基材結(jié)合而硅氧烷在涂膜的表 面富集，可賦予改性聚氨酯優(yōu)良粘附力的同時，明顯改善涂膜的耐水性和耐候性。
[0024] 本發(fā)明產(chǎn)品兼具聚酯型聚氨酯和硅材料的優(yōu)良特性，可用于木器、金屬、陶瓷和塑 料的涂膜劑，涂膜硬度4-5H(鉛筆硬度）、粘附力4-5B，涂膜水浸24h吸水率低于15%，且涂 膜具有理想的耐候性。
【具體實施方式】
[0025] 以下結(jié)合具體實施例對發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0026] 耐水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液，按質(zhì)量百分比計算，由以下原料反應(yīng)而成：
[0027] 聚酯二元醇 8. 00%-19. 00%; 二異氰酸酯 3. 00%-10. 00%; 催化劑 0. 02%-0. 04%; 擴鏈劑 0. 70%-1. 70%; 有機溶劑 5. 00%-10. 00%; 有機硅 2, 00%-12. 00%; 中和劑 0. 60%-1. 20%; 封端劑 0. 50%-1. 60%; 去離子水 57. 00%_65. 00%。
[0028] 其中，聚酯二元醇為聚己二酸聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己內(nèi)酯二元醇。
[0029] 其中，二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、4, 4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二 異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯或二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯。
[0030] 其中，催化劑為二月桂酸二丁基錫或辛酸亞錫。
[0031] 其中，擴鏈劑為陰離子擴鏈劑及非離子擴鏈劑。
[0032] 優(yōu)選地，陰離子擴鏈劑為二輕甲基丙酸；非離子擴鏈劑為1，4_丁二醇或乙二醇。
[0033] 其中，有機溶劑為丙酮、N甲基毗咯烷酮或異丙醇。
[0034] 其中，有機硅為氨基硅油或三元嵌段硅油。
[0035] 優(yōu)選地，氨基硅油為含有氨基或含亞氨基的聚硅氧烷中的一種。
[0036] 其中，中和劑為三乙胺。
[0037] 其中，封端劑為乙醇。
[0038] 耐水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液的制備方法為：
[0039](1)、按上述的質(zhì)量百分比分別稱取各原料；
[0040](2)、將聚酯二元醇升溫至100-120°C，真空脫水處理15-30min，降溫至30-50°C， 得到脫水后的聚酯二元醇；
[0041] (3)、將二異氰酸酯和催化劑加入脫水后的聚酯二元醇中，攪拌均勻，升溫至 78-80°C，保溫反應(yīng)60min-90min，得到初聚體；
[0042](4)、將初聚體的溫度控制在78-80°C，加入擴鏈劑，反應(yīng)60-90min，得到聚氨酯預(yù) 聚體；
[0043] (5)、將有機溶劑加入聚氨酯預(yù)聚體中，攪拌均勻，冰浴降溫至0_5°C，然后滴入有 機娃，反應(yīng)60-90min，得到有機改性聚氨醋；
[0044] (6)、將封端劑加入有機硅改性聚氨酯中，室溫條件下反應(yīng)30min，然后加入中和 劑，室溫條件下，攪拌處理15-20min，加入去離子水，攪拌乳化分散15-30min，即得耐水、耐 候聚酯型水性聚氨酯乳液。
[0045] 實施例1
[0046] 按質(zhì)量百分比稱取以下原料：聚酯二元醇（采用分子量1000的聚己二酸己二 醇酯二醇）15. 55%，異佛爾酮二異氰酸酯8. 84%，二月桂酸二丁基錫0. 02%，1，4- 丁二 醇0.41 %，二輕甲基丙酸1.01 %，丙酮10. 00 %，氨基硅油2. 86%，乙醇1.46%，三乙胺 0. 99 %，去離子水 58. 86% ;
[0047] 將稱取的聚酯二元醇加入到連接有攪拌裝置的反應(yīng)容器中，將反應(yīng)容器內(nèi)的聚酯 二元醇升溫至100°C進行抽真空脫水處理，處理時間為30min，抽真空脫水處理完成后將聚 酯二元醇降溫至30°C，即得到脫水后的聚酯二元醇；
[0048] 接著將稱取的異佛爾酮二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫加入脫水后的聚酯二元 醇中，攪拌均勻后升溫至78-80°C，保溫反應(yīng)90min，即得到初聚體；
[0049] 將初聚體的溫度保持在78-80°C，加入稱取的1，4- 丁二醇和二輕甲基丙酸，保溫 反應(yīng)90min，即制成聚氨醋預(yù)聚體；
[0050] 將丙酮加入聚氨酯預(yù)聚體中攪拌均勻，并用冰浴將聚氨酯預(yù)聚體降溫至0-5°C;再 將氨基硅油于25min內(nèi)滴加到聚氨醋預(yù)聚體，于0-5°C反應(yīng)60min，即制得氨基硅油改性接 枝聚氨酯，并撤離冰??；
[0051] 將制備出氨基硅油改性聚氨酯升溫至室溫后加入稱取的三乙胺，快速攪拌，中和 處理15min，之后加入稱取的乙醇，封端反應(yīng)30min，最后加入去離子水，高速攪拌乳化分散 15min，即制備得到本發(fā)明所述的耐水、耐候聚酯型水性聚氨酯乳液。
[0052] 實施例2
[0053] 按質(zhì)量百分比稱取以下原料：聚酯二元醇（采用分子量1000的聚己二酸乙二 醇-1，4- 丁二醇酯二醇）9. 33 %，二月桂酸二丁基錫0. 04%，異佛爾酮二異氰酸酯7. 23 %， 二甲基丙酸1. 06%，乙二醇0. 50%，異丙醇7. 30%，氨基硅油9. 00%，乙醇1. 20%，三乙胺 1. 03%，去離子水 63. 31% ;
[0054] 將稱取的聚酯二元醇加入到連接有攪拌裝置的反應(yīng)容器中，將反應(yīng)容器內(nèi)的聚酯 二元醇升溫至11