[發(fā)明專利]一種有機(jī)硅/丙烯酸酯雙改性水性聚氨酯的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910256521.2
• 申請(qǐng)日: 2009-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN101735415A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊霞;李玉剛;岳金彩;鄭世清;周艷麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué);青島銀科恒遠(yuǎn)化工過程信息技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C08F290/06
• 分類號(hào): C08F290/06;C08G18/67;C08G18/66;C08G18/38;C08G18/34;C08G18/12;C09D151/08
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所 37104
• 代理人: 隋臻瑋;于正河

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種有機(jī)硅/丙烯酸酯雙改性水性聚氨酯的制備方法，屬于水性及氨酯涂料的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水性聚氨酯涂料是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的涂料。近十年來，保護(hù)地球環(huán)境的輿論壓力與日俱增，人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家制定了消防法規(guī)及溶劑法規(guī)，這些因素促進(jìn)了水性聚氨酯材料的開發(fā)。水性聚氨酯以水為基本介質(zhì)，具有不燃、氣味小、不污染環(huán)境、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn)，已受到人們的重視。

但是水性聚氨酯也存在著耐水性、耐溶劑性、耐化學(xué)品性及機(jī)械強(qiáng)度等性能較差的缺點(diǎn)。丙烯酸樹脂具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐老化、抗變黃、耐水性好等特點(diǎn)。有機(jī)硅材料是分子結(jié)構(gòu)中含有硅元素的高分子合成材料，主鏈含有硅氧鍵，并且采用胺類的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，氨基與殘留的異氰酸根反應(yīng)，可水解的硅氧烷基團(tuán)發(fā)生水解縮聚而使體系交聯(lián)、擴(kuò)鏈，使它具有良好的耐候性、耐老化、憎水性等。將聚氨酯-丙烯酸酯-有機(jī)硅氧烷三元結(jié)合起來制備水性涂料，它綜合了丙烯酸酯、聚氨酯、有機(jī)硅三種樹脂材料的優(yōu)點(diǎn)，而且以水作為分散介質(zhì)符合了環(huán)保的要求。三者有機(jī)地結(jié)合在一起，根據(jù)不同用途的要求、發(fā)揮其協(xié)同作用的優(yōu)勢(shì)，可以做成有皂或無皂乳液，用作涂料。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前聚氨酯涂料存在的缺點(diǎn)，旨在提供一種有機(jī)硅/丙烯酸酯雙改性水性聚氨酯的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，按照如下步驟操作：

第一步，聚氨酯預(yù)聚體的制備：將經(jīng)過脫水處理的多元醇和二羥甲基丙酸裝入有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝管的反應(yīng)器中，加入多異氰酸酯及適量催化劑二月桂酸二丁基錫，在70-80℃下反應(yīng)2-3h，然后再次加入二羥甲基丙酸，繼續(xù)反應(yīng)2-3h，得到聚氨酯預(yù)聚體I；再把含有阻聚劑的甲基丙烯酸羥乙酯滴加到聚氨酯預(yù)聚體I中反應(yīng)，在60-70℃下反應(yīng)2-3h，得到含雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體II。反應(yīng)過程中加入適量的稀釋劑丙酮調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的粘度。

第二步，有機(jī)硅改性的水性聚氨酯的制備：將含雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體II降溫至60℃，然后緩慢滴加溶有丙酮的有機(jī)硅烷，滴加時(shí)間控制在30min，滴加完畢后在60-70℃反應(yīng)2-3h，得到硅烷改性的聚氨酯，反應(yīng)過程中加入適量的稀釋劑丙酮調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的粘度；將反應(yīng)體系降溫至40℃以下，加入三乙胺進(jìn)行成鹽反應(yīng)，三乙胺與二羥甲基丙酸摩爾比為1∶1，攪拌30min，再加入去離子水，劇烈攪拌0.5～1h后，減壓蒸餾出丙酮得到有機(jī)硅改性的水性聚氨酯，固含量20～40％。

第三步，有機(jī)硅/丙烯酸酯雙改性水性聚氨酯的制備：在有機(jī)硅改性的水性聚氨酯中，加入溶有乳化劑十二烷基硫酸鈉和OP的去離子水(此為水相)，將水相裝入有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝管的反應(yīng)器中；將油溶性引發(fā)劑偶氮二異丁腈溶于丙烯酸酯類單體中(此為油相)，將油相滴加到水相中去，攪拌30min，滴加完后，繼續(xù)攪拌30min；然后在氮?dú)鈼l件下快速升溫到80℃左右，反應(yīng)后期溫度升到90℃左右，反應(yīng)5-6h，得到有機(jī)硅/丙烯酸酯雙改水性聚氨酯，固含量20～40％。丙烯酸脂類的質(zhì)量與水性聚氨酯中的固體質(zhì)量比為3∶1～1∶5。通過調(diào)節(jié)二者比例與加入量，可得到柔韌性不同的材料。

本發(fā)明第一步所述的多異氰酸酯優(yōu)選為甲苯二異氰酸酯(簡(jiǎn)稱TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(簡(jiǎn)稱IPDI)、六亞甲基二異氰酸酯(簡(jiǎn)稱HDI)、4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯(簡(jiǎn)稱MDI)。

本發(fā)明第一步所述的多元醇優(yōu)選為聚酯多元醇、聚氧化丙烯二醇、聚醚N210，分子量為800-4000。

本發(fā)明所述的第一步操作中多異氰酸酯中的NCO與多元醇和第一次加的二羥甲基丙酸中的OH摩爾比為1.6∶1～2，反應(yīng)2～3h后再次加入二羥甲基丙酸，二羥甲基丙酸溶入N-甲基吡咯烷酮加入，其兩次的加入量比例任意，總的加入質(zhì)量占聚氨酯預(yù)聚體I質(zhì)量的百分比為3～5％；甲基丙烯酸羥乙酯的加入量占聚氨酯預(yù)聚體I質(zhì)量的百分比為0～2％；所加阻聚劑為對(duì)苯二酚，其質(zhì)量占甲基丙烯酸羥酯質(zhì)量的萬分之一。

本發(fā)明第二步所述有機(jī)硅烷為KH550有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑或KH590有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，有機(jī)硅烷的質(zhì)量占含雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體II的質(zhì)量百分比為1～7％。有機(jī)硅烷溶于丙酮后滴加，滴加速度一定要慢，防止反應(yīng)過快，造成反應(yīng)體系粘度快速增加，影響反應(yīng)效果。

本發(fā)明所述調(diào)劑體系粘度加入的稀釋劑丙酮要經(jīng)過干燥、脫水處理。