[發明專利]一種具有防腐蝕性能的水性聚氨酯乳液及其制備方法

在審

• 申請號: 201710426591.2
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107245295A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 夏正斌;張燕紅;蘇秋嵐
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C09D175/08
• 分類號: C09D175/08;C09D5/08;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/10;C08G18/12;C08G18/66;C08G18/32;C08G18/34;C08G18/38;C08G18/75;C08G18/73;C08G18/76
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術領域

本發明屬于涂料技術領域，具體涉及一種具有防腐蝕性能的水性聚氨酯乳液及其制備方法。

背景技術

腐蝕給人類造成的損失是驚人的。據報道，目前全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經濟損失達7000億美元以上，我國因金屬腐蝕造成的損失約占國民生產總值(GDP)的4％。腐蝕不僅造成巨大的經濟損失，而且有損自然資源和環境的保護。涂料是最經濟、最有效的金屬防腐蝕方法。目前，美、英、日和我國等國家都竟相開發了多種性能良好的防腐蝕涂料品種，被廣泛應用于各種腐蝕環境中，產生了明顯的經濟效益和社會效益。但是，目前的防腐蝕涂料絕大多數都是溶劑型的，含有大量的VOC(揮發性有機化合物)，它們在保護鋼鐵等資源的同時，也極大地破壞了人類賴以生存的自然環境。因此，各種環境友好涂料如水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料及高固體分涂料等應運而生，并越來越得到了人們的青睞和市場的認可。在這些環境友好涂料中，使用最為廣泛的、研究最活躍的是水性涂料。

水性聚氨酯涂料是一種重要的低VOC環境友好型涂料，具有極好的附著力、耐磨性、耐擦傷性和良好的低溫性能、保光性能等，因而應用極為廣泛。但是，水性聚氨酯分子中含有親水基團，其涂膜的耐水性和防腐性能相對較差。若要達到預期的防腐蝕性能，需要在水性聚氨酯涂料中引入有效的防腐蝕組分(如活性防銹顏料等)或對聚氨酯的化學結構加以改性。目前，水性聚氨酯涂料的防腐蝕性能主要是通過在涂料配方中添加防腐蝕組分(防腐蝕顏填料、腐蝕抑制劑等)來實現的。例如，專利CN201210093606.5通過在其涂料配方中加入防銹顏料、腐蝕抑制劑等組分，制得了一種高性能的集裝箱用水性聚氨酯防腐蝕涂料；專利CN201410669550.2公開了在一種以水性聚氨酯為主要成膜聚合物的涂料中，通過添加鋁鋅多元合金粉末這類防腐蝕顏料，制得了集隔離、犧牲和緩蝕作用于一體的、具有優異防腐蝕性能的海底油氣管道防腐處理用涂料。此外，對水性成膜聚合物聚氨酯進行化學改性以引入具有防腐蝕功能的官能團或結構單元是制備水性聚氨酯防腐蝕涂料的另一種重要方法。例如專利CN201510441481.4通過合成水性聚氨酯-有機鈦雜化環氧聚合物乳液，制得了一種水性船用防腐蝕涂料，具有良好的防腐蝕效果，適合工業化生產。

杯芳烴是由多個苯酚的2,6位通過亞甲基連接而形成的一類中空大環低聚物。如果酚羥基鄰位是通過硫原子(取代亞甲基)連接而構成的低聚物，就是硫雜杯芳烴。硫雜杯芳烴中硫原子的引入改善了普通杯芳烴的配合性能，使其與金屬原子或離子具有更強的相互作用。通過在硫雜杯芳烴的酚羥基對位引入磺酸基團，可改善其親水性，制備出水溶性的硫雜杯芳烴磺酸鹽。硫雜杯芳烴磺酸鹽的結構決定了其具有表面活性劑的特性，能夠作為親水性單體而用于水性聚氨酯的合成。因此，含有與金屬表面強相互作用的芳香環平面結構單元及親水性基團的硫雜杯芳烴磺酸鹽是一種潛在的可以提高水性聚氨酯防腐蝕性能的重要組成物質。但目前尚未見到這方面的研究報道。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種具有防腐蝕性能的水性聚氨酯乳液的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的具有防腐蝕性能的水性聚氨酯乳液。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種具有防腐蝕性能的水性聚氨酯乳液的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將聚合物多元醇與多異氰酸酯在氮氣保護及75～85℃下反應120～150min，制得端-NCO基預聚體；

(2)在步驟(1)所得端-NCO基預聚體中加入有機溶劑調節粘度，并降低體系溫度至55～65℃，然后依次加入小分子擴鏈劑和含有硫雜杯芳烴磺酸鹽的親水性擴鏈劑，反應90～120min，得到聚氨酯預聚體溶液；

(3)將步驟(2)所得預聚體溶液降溫至30～40℃，然后加入溶解有中和劑的去離子水，在轉速為5000～7000r/min的高速剪切力下進行中和、乳化20～40min，得到含有有機溶劑的水性聚氨酯乳液；

(4)在步驟(3)所得水性聚氨酯乳液中加入小分子后擴鏈劑，反應10～30min；反應完成后脫除有機溶劑，即得所述具有防腐蝕性能的水性聚氨酯乳液。