專利名稱：一種木器漆用水性聚氨酯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種木器漆用水性聚氨酯及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會環(huán)保意識的增強(qiáng)，低碳經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保、節(jié)能減排等一系列環(huán)保措施的相 繼提出，涂料行業(yè)也在進(jìn)行著低VOC的水性涂料的方向發(fā)展。聚氨酯樹脂因其具有良好的 物理力學(xué)性能，一定的耐水性、優(yōu)異的低溫柔順性等得到各行各業(yè)的普遍關(guān)注。溶劑型聚氨 酯涂料由于其VOC排放較高，嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境而越來越受到限制。水性聚氨酯涂料不 僅具有溶劑型聚氨酯的性能，而其溶劑是水，用其制得的環(huán)保水性木器涂料無疑成為涂料 研發(fā)的熱點(diǎn)。水性聚氨酯以水為主要介質(zhì)，不含或僅含有少量有機(jī)溶劑，具有不燃、無毒、對環(huán) 境無污染、節(jié)省能源以及易加工等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)配方及助劑的不同，可調(diào)制成涂料、膠粘劑及 其他用途的處理劑。自20世紀(jì)70年代以來，水性聚氨酯以其用途和環(huán)境友好性成為聚氨 酯化學(xué)和技術(shù)中發(fā)展最快、最活躍的分支之一。水性聚氨酯通常是在預(yù)聚體中引入親水?dāng)U 鏈劑，經(jīng)中和后，在高速攪拌下將離子化聚氨酯加入水中，或?qū)⑺尤刖郯滨ルx聚體有要溶 劑液中，形成聚氨酯水分散液。單組分水性聚氨酯多為線型分子結(jié)構(gòu)，屬熱塑型高分子物質(zhì)，成膜不能像雙組分 PU那樣交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而在硬度和耐水、耐溶劑、耐污等方面都存在著較多的不足，這 些使得水性聚氨酯在木器涂料的應(yīng)用上還有著一定的限制，嚴(yán)重制約著水性木器涂料的應(yīng) 用和發(fā)展。為解決水性聚氨酯耐水、耐溶劑的問題，目前集中的熱點(diǎn)有兩個方面，一是改水性 聚氨酯，主要是環(huán)氧改性、有機(jī)硅、氟改性以及引入多官能度小分子醇內(nèi)交聯(lián)改性等；另一 個方面是通過后添加氮丙啶、碳化二亞胺以及環(huán)氧有機(jī)硅偶聯(lián)劑等進(jìn)行后交聯(lián)。前者改性 的問題是是要把有機(jī)的硅、氟引入到聚氨酯的側(cè)鏈上才能有效發(fā)揮硅、氟等雜原子的效能， 因而受改性單體受結(jié)構(gòu)的限制，甚至要付出很大的代價，內(nèi)交聯(lián)的支化又會影響分子成膜 時的蠕動，帶來成膜時漆膜的弊病。后者施工繁雜，受適用期的限制，且后交聯(lián)劑多有一定 的毒性。作為自交聯(lián)改性的方式文獻(xiàn)多報道為帶有空氣氧化交聯(lián)的植物油改性，而酮胼交 聯(lián)的報道只停留在兩丙酮丙烯酰胺(DAAM)的引入，因DAAM沒有活性基團(tuán)能接枝到聚氨酯 體系中，再經(jīng)合成引入體系，會明顯降低接枝效率?，F(xiàn)有的水性聚氨酯的合成方法有外乳化法和自乳化法，自乳化法又包括丙酮法、 預(yù)聚體混合法、熔融分散縮聚法和酮亞胺/酮聯(lián)氮法，其中丙酮法是將端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚體在溶劑中與含有親水性基團(tuán)的擴(kuò)鏈劑反應(yīng)， 形成高相對分子質(zhì)量的離聚體。所用溶劑必須是低沸點(diǎn)且能與水共溶，常用丙酮，故名丙酮 法；預(yù)聚體混合法是將分子量不太高、粘度較小得含端基-NCO的預(yù)聚體不加或加少 量的溶劑，直接用親水性單體將其部分?jǐn)U鏈。分散過程需在低溫下進(jìn)行，以降低-NCO與水的反應(yīng)活性，然后再用反應(yīng)活性高的二胺和三胺在水中進(jìn)行擴(kuò)鏈，生成高分子量的水性聚氨酯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種木器漆用水性聚氨酯及其制備方法，解決水 性聚氨酯在木器涂料應(yīng)用中存在的耐水、耐溶劑差、硬度低的問題，并克服雙組分聚氨酯木 器漆使用中安全環(huán)保的弊端。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種木器漆用水性聚氨酯，它是由下列重量份比的原料組成聚碳酸酯二元醇 165-175、異佛爾酮二異氰酸酯131-132、催化劑0. 4-0. 6、二羥甲基丙酸16. 5-17. 5、二羥 基丙酮2. 7-3,1,4- 丁二醇18. 5-19. 5、丙酮4-5、三乙胺12. 5-13,乙二胺6-7、去離子水 628-638、己二酸二酰胼 5-6。一種木器漆用自交聯(lián)型水性聚氨酯，聚碳酸酯二元醇170-171、異佛爾酮二異氰酸 酯 131. 5-131. 6、催化劑 0. 5-0. 6、二羥甲基丙酸 17-17. 1、二羥基丙酮 2. 8-2. 9、1，4_ 丁二 醇18. 9-19. 1、丙酮4-5、三乙胺12. 7-13、乙二胺6. 5-6. 6、去離子水633-634、己二酸二酰胼 5. 4-5. 7。所述的催化劑選用有機(jī)錫催化劑。一種木器漆用水性聚氨酯的制備方法，包括下列步驟(1)、按重量份在反應(yīng)容器中加入聚碳酸酯二元醇，在115-125 下抽真空脫水 50-70分鐘，然后降溫至55-65°C，加入異佛爾酮二異氰酸酯、二羥甲基丙酸和催化劑，升溫 至75-80°C反應(yīng)2-3h，得反應(yīng)液；(2)、按重量份將混合好的二羥基丙酮和1，4_ 丁二醇混合液、丙酮加入反應(yīng)液中， 控制溫度在65-75°C反應(yīng)3-4小時，得聚氨酯預(yù)聚體；(3)、將聚氨酯預(yù)聚體降溫至33-37°C，按重量份加入三乙胺，然后邊快速攪拌邊加 入去離子水，分散15-25分鐘后，再緩慢加入乙二胺進(jìn)行水相擴(kuò)鏈，乙二胺加入完成后，加 入己二酸二酰胼，經(jīng)減壓蒸餾脫除丙酮，得水性聚氨酯。本發(fā)明水性聚氨酯的各原料組成中，所述的聚碳酯二元醇具有優(yōu)異的耐水解穩(wěn)定 性；異佛爾酮二異氰酸酯制得的水性聚氨酯具有突出的耐黃變性能；二羥甲基丙酸為親水 擴(kuò)鏈劑，1，4_ 丁二醇為小分子擴(kuò)鏈劑，制成聚氨酯預(yù)聚體后用三乙胺中和成鹽；所述的二 羥基丙酮和己二酸二酰胼為自交聯(lián)單體，其中，二羥基丙酮中含有兩個活性羥基，能夠參與 合成中小分子的擴(kuò)鏈反應(yīng)，又能夠提供羰基在后期成膜時與己二酸二酰胼交聯(lián)；乙二胺用 于后期水相擴(kuò)鏈劑，用于進(jìn)一步提高聚氨酯的分子量。本發(fā)明水性聚氨酯的制備方法采用丙酮法與預(yù)聚體分散法相結(jié)合的制備工藝，有 效降低丙酮的使用量和增加生成聚氨酯的分子量，且制得的水性聚氨酯分散體成膜時隨水 分的揮發(fā)，PH值下降酮羰基和酰胼基會發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng)，提高了膜的后期交聯(lián)密度，從而提 高膜的硬度和耐水性。本發(fā)明用在家裝和家具水性木器漆中，有效解決了水性木器漆涂膜硬度低、耐水 和耐溶劑性差的問題；制得的水性木器漆和白色面漆有較好的耐黃變性和耐候耐久性。
具體實(shí)施例方式
(1)、木器漆用水性聚氨酯，由下列重量份比的原料組成聚碳酸酯二元醇170. 46異佛爾酮二異氰酸酯131. 56催化劑辛酸亞錫0. 57二羥甲基丙酸17.05二羥基丙酮2. 841，4-丁二醇19.01丙酮4-5三乙胺12. 86乙二胺6. 56去離子水633.55己二酸二酰胼5. 54。(2)、木器漆用水性聚氨酯的制備方法a、在裝有電動攪拌器、溫度計、回流冷凝管的四口燒瓶中按重量份加入聚碳酸酯 二元醇，在iicrc下抽真空脫水ι小時，然后降溫至6o°c，按重量份加入異佛爾酮二異氰酸 酯、二羥甲基丙酸和催化劑辛酸亞錫，升溫至75-80°C反應(yīng)2-3h，得反應(yīng)液；b、在反應(yīng)液中加入事先按重量份比混合好的二羥基丙酮和1，4_ 丁二醇混合液、 丙酮，控制溫度在70°C反應(yīng)3-4小時，得聚氨酯預(yù)聚體；C、將聚氨酯預(yù)聚體降溫至35°C，按重量份比加入三乙胺，然后邊快速攪拌邊加入 去離子水，分散20分鐘后，按重量份比緩慢加入乙二胺進(jìn)行水相擴(kuò)鏈，乙二胺加入完成后， 加入己二酸二酰胼，經(jīng)減壓蒸餾脫除丙酮，得水性聚氨酯分散體。制得的水性聚氨酯分散體具有如下理化特征外觀半透明，固體分含量為35% 士 1，耐水性48h無異常，鉛筆硬度H級，附著力1級。(3)、水性木器漆中各原料組分的重量份配比水性聚氨酯分散體900_950 ；消泡 劑2-3 ；潤濕劑4-5 ；pH調(diào)節(jié)劑1-2 ；成膜助劑14-15 ；流平劑:3_4 ；增稠劑:3_4 ；去離子 水30-40 ；分散劑0-1 ；增滑劑0-4 ；消光粉0-10 ；乳化蠟0_30。水性木器白面漆中各原料組分的重量份配比水性聚氨酯分散體650_700 ；消 泡劑3-5 ；潤濕劑3-5 ；分散劑4-6 ；pH調(diào)節(jié)劑1~2 ；超細(xì)鈦白粉=140-160 ；無機(jī)膨潤 ± (5% ) 90-100 ；成膜助劑8-12 ；流平劑2-4 ；增稠劑2~4 ；增滑劑:3_5 ；去離子水 30-40 ；消光粉0-5 ；紫外光吸引劑0-0. 5。水性聚氨酯制備出的水性木器漆或白面漆能在成膜水份揮發(fā)的過程中進(jìn)行自交 聯(lián)反應(yīng)，形成一定程度類似于2K型涂料的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高成膜的交聯(lián)密度，有效解決 了水、溶劑等對漆膜破壞，并在一定程度上提升了膜的硬度，滿足了木器涂料涂裝中完全水 性化和環(huán)保的需要。
權(quán)利要求
1.一種木器漆用水性聚氨酯，其特征在于它是由下列重量份比的原料組成聚 碳酸酯二元醇165-175、異佛爾酮二異氰酸酯131-132、催化劑0. 4-0. 6、二羥甲基丙酸 16. 5-17. 5、二羥基丙酮 2. 7-3,1,4- 丁二醇 18. 5-19. 5、丙酮 4-5、三乙胺 12. 5-13、乙二胺 6-7、去離子水628-638、己二酸二酰胼5-6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木器漆用水性聚氨酯，其特征在于它是由下列重量 份比的原料組成聚碳酸酯二元醇170-171、異佛爾酮二異氰酸酯131. 5-131. 6、催化劑 0. 5-0. 6、二羥甲基丙酸 17-17. 1、二羥基丙酮2. 8-2. 9、1，4_丁二醇 18. 9-19. 1、丙酮4. 5-5、 三乙胺12. 7-13、乙二胺6. 5-6. 6、去離子水633-634、己二酸二酰胼5. 4-5. 7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木器漆用水性聚氨酯，其特征在于所述的催化劑選用 二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫或三亞乙基二胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木器漆用水性聚氨酯的制備方法，其特征在于包括下 列步驟(1)、按重量份在反應(yīng)容器中加入聚碳酸酯二元醇，在115-125 下抽真空脫水50-70 分鐘，然后降溫至陽-65°C，加入異佛爾酮二異氰酸酯、二羥甲基丙酸和催化劑，升溫至 75-80°C反應(yīng)2-汕，得反應(yīng)液；O)、按重量份將混合好的二羥基丙酮和1，4_ 丁二醇混合液加入反應(yīng)液中，控制溫度 在65-75°C反應(yīng)3-4小時，反應(yīng)中加入丙酮，得聚氨酯預(yù)聚體；(3)、將聚氨酯預(yù)聚體降溫至33-37°C，按重量份加入三乙胺，然后邊快速攪拌邊加入去 離子水，分散15-25分鐘后，再緩慢加入乙二胺進(jìn)行水相擴(kuò)鏈，乙二胺加入完成后，加入己 二酸二酰胼，經(jīng)減壓蒸餾脫除丙酮，得水性聚氨酯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種木器漆用水性聚氨酯及其制備方法，水性聚氨酯是由下列重量份比的原料組成聚碳酸酯二元醇165-175、異佛爾酮二異氰酸酯131-132、催化劑0.4-0.6、二羥甲基丙酸16.5-17.5、二羥基丙酮2.7-3、1，4-丁二醇18.5-19.5、丙酮4-5、三乙胺12.5-13、乙二胺6-7、去離子水628-638、己二酸二酰肼5-6。其制備方法采用丙酮法與預(yù)聚體分散法相結(jié)合的制備工藝，有效降低丙酮的使用量和增加了生成聚氨酯的分子量，且制得的水性聚氨酯分散體成膜時隨水分的揮發(fā)，pH的下降酮羰基和酰肼基會發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng)，提高了膜的后期交聯(lián)密度，從而提高了膜的硬度和耐水性。
文檔編號C08G18/75GK102070768SQ20101057388
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者劉長明, 朱宗奎 申請人:安徽好思家涂料有限公司