[發明專利]一種高固體含量水性聚氨酯樹脂及其涂料的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611245425.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106750130B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 徐玉華;何程林;徐坤;徐玉俊
• 申請（專利權）人: 江蘇中科金龍環保新材料有限公司
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/32;C08G18/42;C08G18/44;C08G18/48;C09D175/04;C09D175/06;C09D175/08
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 宋秀蘭

本發明公開一種高固體含量水性聚氨酯樹脂及其涂料的制備方法和應用。本發明將聚碳酸亞丙酯多元醇或者聚碳酸亞丙酯多元醇與其他常規聚合物多元醇混合，與異氰酸酯、擴鏈劑、交聯劑、催化劑、磺酸型親水擴鏈劑反應，之后加入水乳化，脫去溶劑，即得高固體含量水性聚氨酯樹脂，然后加入流平劑、增稠劑、色漿、環保型助溶劑、消泡劑等助劑，得到以聚碳酸亞丙酯多元醇為原料制備的高固體含量水性聚氨酯涂料，成膜干燥速度快，豐滿度高，具有良好的附著力、硬度和耐水耐溶劑性能。

技術領域

本發明屬于水性聚氨酯涂料領域，特別涉及到以聚碳酸亞丙酯多元醇作為其中一種必要組分的高固體含量水性聚氨酯乳液的合成以及將該水性聚氨酯乳液與其他助劑混合制備水性聚氨酯涂料和應用。

背景技術

目前，用于涂料的樹脂主要包括丙烯酸、醇酸類、聚氨酯類等樹脂，但是其中絕大部分均是溶劑型樹脂。溶劑型涂料存在的有機溶劑易燃、易爆、易揮發，對環境和人們的健康無疑會造成十分嚴重的破壞。隨著環保法規的日益嚴格和人們環保意識的提高，追求環境友好型產品已經成為大勢所趨，溶劑類產品將逐步被水性產品所代替。

水性聚氨酯由于其結構的可調節性，綜合性能優異，已經廣泛應用于膠黏劑、皮革涂飾劑、汽車內飾、涂料等領域，但是由于現在合成水性聚氨酯原料的局限性，使得其制備的涂膜在硬度、豐滿度、耐磨、耐水性和耐溶劑性能方面有所欠缺。

聚碳酸亞丙酯多元醇是由二氧化碳和環氧丙烷等共聚而成的一種脂肪族多元醇，與性能相近的聚碳酸酯多元醇相比，除了制備反應操作簡單、成本低廉外，還能有效提高對于二氧化碳的綜合利用，緩解“溫室效應”。由于其結構中含有31～50％的聚碳酸酯結構，兼具聚碳酸酯和聚醚的優良特性，故其具備優異的耐磨、耐水耐溶劑性能。所以可以通過使用聚碳酸亞丙酯多元醇為原料制備具有良好性能的水性聚氨酯涂料。

目前制約水性聚氨酯材料應用的另一個因素就是固體含量較低。市面上水性聚氨酯乳液的固含量大多在30～40％，制備高固體含量的水性聚氨酯一方面可以降低運輸費用，另一方面能夠減少后續烘干步驟，降低能源消耗。所以制備高固體含量水性聚氨酯涂料迫在眉睫，但是單純依靠羧酸型親水擴鏈劑(如二羥甲基丙酸等)很難制備高固含量水性聚氨酯乳液。中國專利CN 103626953公開了一種磺酸鹽型水性聚氨酯乳液的合成方法，使用自制的磺酸型聚酯二元醇為原料，與其他多元醇混合，制備了較高固含量的水性聚氨酯乳液，但是制備該磺酸型聚酯二元醇操作復雜，結構調節空間小，使用量較大，性價比不高。中國專利CN102010650公開了一種以聚碳酸亞丙酯多元醇為原料制備的水性聚氨酯涂料樹脂，但是其公開的只是樹脂合成的一般方法，沒有提及高固體含量水性聚氨酯乳液的合成，也沒有具體公開其涂料制備工藝。中國專利CN103755911公開了一種環保型聚碳酸亞丙酯型水性聚氨酯涂料的制備，其創新點在于使用有機鉍作為環保型催化劑，采用兩步法合成穩定性較好的水性聚氨酯涂料，并沒有涉及到高固體含量水性聚氨酯乳液的合成。

發明內容

本發明的一個目的是針對現有技術的不足，提供一種高固體含量的水性聚氨酯樹脂的制備方法，該方法利用性價比較高的聚碳酸亞丙酯多元醇作為必要組分，通過添加較少用量磺酸鹽型親水擴鏈劑，利用后擴鏈方式，制得一種高固體含量水性聚氨酯樹脂，操作簡便，消耗溶劑量較少。，利用該樹脂制備的涂料漆膜具有優異的硬度、豐滿度、附著力和耐水耐溶劑性能。

一種高固體含量水性聚氨酯乳液的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)、將5～45重量份聚碳酸亞丙酯多元醇、15～50重量份異氰酸酯在70～90℃下反應2～4小時，得到混合溶液A；

作為優選，還可以加入0～20重量份其他常規聚合物二元醇；

步驟(2)、在上述混合溶液A中加入0.2～7重量份擴鏈劑、50～100重量份丙酮或丁酮，攪拌混勻后加入0.02～0.3重量份催化劑，置于60～70℃下反應5～8小時，得到混合溶液B；

作為優選，還可以加入0～4重量份交聯劑；