[發(fā)明專利]一種水可分散的混合改性TDI三聚體固化劑及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107973897A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 黃洪;胡天科;司徒粵;劉小敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G18/79
• 分類號: C08G18/79;C08G18/48;C08G18/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發(fā)明屬于固化劑的制備技術領域，特別涉及一種水可分散的混合改性TDI三聚體固化劑及其制備方法。

背景技術

90年代以前，溶劑型聚氨酯涂料已有較大的發(fā)展并獲得了廣泛的應用，進入90年代后，隨著人們環(huán)保意識以及環(huán)保法規(guī)的加強，由于溶劑型聚氨酯涂料的揮發(fā)性有機化合物(VOC)含量高，在制造和施工過程嚴重的污染了環(huán)境，開發(fā)低VOC和無VOC體系的聚氨酯涂料已勢在必行。因此環(huán)境友好的水性聚氨酯的研究、開發(fā)日益受到重視，其應用已由皮革涂飾劑不斷擴展到涂料、黏合劑等領域，正在逐步占領溶劑型聚氨酯的市場，代表著涂料、黏合劑的發(fā)展方向。在水性樹脂中，水性聚氨酯仍然也是優(yōu)秀樹脂的代表，是現代水性樹脂研究的熱點之一。

水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯為基料，水為分散介質配制的涂料。與溶劑型聚氨酯涂料相比，雖然在性能方面存在著較大差距，但水系聚氨酯涂料是一種無毒、不燃、不污染空氣和水源并有利于保護生態(tài)環(huán)境的新型涂料。與其他種類水性涂料相比，水性聚氨酯涂料固化成膜后，物理機械性能較好，能與被涂基材很好的粘和，成膜性能好。

鑒于聚氨酯樹脂是疏水性樹脂，臨界表面張力為29*10^-5N/cm(20℃)，不能直接溶解或分散在水中，更何況異氰酸酯與水的反應力強，采用傳統(tǒng)的預聚體強行向水中分散得不到穩(wěn)定的乳液，必須先合成易于分散在水中或能部分溶于水中的水性聚氨酯聚合物，再分散在水中制備水性聚氨酯分散體。按分散狀態(tài)可分為水溶型、膠體分散型和乳液型三種類型；按所使用的聚醇類型，水性聚氨酯分散體分為聚酯聚氨酯分散體和聚醚聚氨酯水分散體。無論何種類型，欲得到穩(wěn)定的乳液，通常分為兩種制備方法，即外乳化法和內乳化法。一般，外乳化法是在溶劑存在下，將疏水性聚氨酯經過擴鏈加入乳化劑(烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、季胺鹽等)，在水中高速攪拌強行乳化分散，再脫除溶劑，得到聚氨酯乳液?；蛘撸瑢⒍?NCO基預聚體在水中(水為擴鏈劑)，在乳化劑存在下高速攪拌，以便在水中實現高分子量化，脫除溶劑后也得到聚氨酯乳液。此外乳化法制得的乳液顆粒度較大，乳液不穩(wěn)定，同時由于乳化劑的存在使成膜的物理性能有所下降，并且以水為擴鏈劑常伴有CO₂生成，也會影響成膜性能，因此外乳化法應用較少。

內乳化法是在疏水性聚氨酯分子鏈結構中引入適當的親水基團，這些親水活性基團使聚氨酯在水中乳化(或溶解)。依照親水基的種類可分為離子型(含陽離子、陰離子、兩性離子)和非離子型。在內乳化法中，這些離子基化合物雖然不屬于乳化劑的范疇，但是在不同程度上起到了乳化劑的作用，因此又稱為內部乳化劑，同時由于其具有親水官能團，而且還會參與反應進入分子主鏈中，因此往往又稱其為親水性單體。根據親水性化合物種類不同，可以選擇性地把其植入多元醇軟段結構中，或者植入異氰酸酯和擴鏈劑構成的硬段部分。一般來說，離子基導入硬段結構中有利于提高氫鍵強度，增強硬段內部的凝聚力，提高相分離程度和成膜物理性能。

在合成聚氨酯離子體中，常用的親水化合物有磺酸鹽、羧酸鹽以及陽離子化合物類。通常使用磺酸基或羧基的二元胺或二元醇類化合物來作為陰離子源，含有磺酸鹽基團的二元胺或二元醇也是制備陰離子系聚氨酯的常用擴鏈劑。對陽離子型水性聚氨酯而言，先合成端異氰酸基預聚體，再在溶劑中用N-烷基二醇胺擴鏈，使主鏈中含有叔氨基，再用中和劑將氮原子季銨化，使其帶有正電荷。除制備聚氨酯離子體外，在其結構中引入非離子型親水基同樣可以達到聚氨酯水性化的目的，通常做法是將聚醚官能團引入異氰酸酯預聚體末端或側鏈，能獲得較好的親水分散性。

發(fā)明內容

本發(fā)明的首要目的在于提供一種水可分散的混合改性TDI(甲苯二異氰酸酯)三聚體固化劑的制備方法。通過本發(fā)明的制備方法，獲得固含量100wt％，NCO含量在21±0.5％，粘度低于3000mPa·s(25℃)的水性聚氨酯固化劑。

本發(fā)明的另一目的在于提供由上述方法制備得到的水性聚氨酯固化劑，具體為一種水可分散的混合改性TDI三聚體固化劑。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現。

一種水可分散的混合改性TDI三聚體固化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)在氮氣氣氛下，向甲苯二異氰酸酯單體中加入含羥基聚醚親水改性劑，再水浴升溫至50～80℃并攪拌條件下恒溫反應2～3小時；