專利名稱：水性聚氨酯固化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚氨酯涂料內(nèi)的固化劑及聚氨酯涂料固化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨酯涂料以其突出的性能，優(yōu)良的保護(hù)性.以及優(yōu)異的耐低溫和施工方便性。 被廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、家庭辦公的裝飾與保護(hù)。近年來(lái)，聚氨酯涂料在涂料行業(yè)中的位 置日益顯著。特別是在木器涂料中，聚氨酯涂料起到了不可替代的作用，其固化劑的選擇起 著關(guān)材的作用，它的應(yīng)用與發(fā)展備受關(guān)注。固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類增 進(jìn)或控制固化反應(yīng)的物質(zhì)或混合物。樹脂固化是經(jīng)過(guò)縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學(xué)反應(yīng)， 使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過(guò)程，固化是通過(guò)添加固化劑來(lái)完成的。目前聚氨酯涂料中的固化劑中含有有機(jī)溶劑二甲苯、甲苯、醋酸丁酯、環(huán)已酮，溶 劑釋放在空氣中污染大，而且成本高，儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中有機(jī)溶劑是危險(xiǎn)化學(xué)，易燃 易爆，很不安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水性聚氨酯固化劑，本發(fā)明所形成的固化劑能和水性丙 烯酸樹脂、水性醇酸樹脂混合反應(yīng)形成膜，且既能用于常溫固化的木質(zhì)、金屬、塑料等表面 的水性涂料配制，也能用于配制高溫固化的涂料。本發(fā)明的另一目的是提供一種水性聚氨酯固化劑的制備方法，該方法簡(jiǎn)單，利用 該方法制備的固化劑能和水性丙烯酸樹脂、水性醇酸樹脂混合反應(yīng)形成膜，且既能用于常 溫固化的木質(zhì)、金屬、塑料等表面的水性涂料配制，也能用于配制高溫固化的涂料。為達(dá)到上述目的，水性聚氨酯固化劑包括甲苯二異氰酸酯、三羥甲基丙烷、聚乙二 醇、聚碳酸酯二醇、醋酸乙酯和催化劑；各原料的重量百分比為甲苯二異氰酸酯18-25%三羥甲基丙烷1-5%聚乙二醇0.01-40%聚碳酸酯二醇0.01-40%醋酸乙酯20.01-80%催化劑0.1-0.5%。作為改進(jìn)，用丙酮替代醋酸乙酯，其他各原料和各原料的重量百分比不變。作為改進(jìn)，水性聚氨酯固化劑還包括丙酮，其中醋酸乙酯占整個(gè)物質(zhì)的重量百分 比為20-40%，丙酮占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比為0.01-40%，其他原料所占的重量百分比不變。作為具體化，各原料的重量百分比為甲苯二異氰酸酯20-23%
聚乙二醇11-30%聚碳酸酯二醇10- %醋酸乙酯25-；34%丙酮12-31%催化劑0.2-0.3%。作為具體化，各原料的重量百分比為甲苯二異氰酸酯22%三羥甲基丙烷2.5%聚乙二醇14%聚碳酸酯二醇17.1%醋酸乙酯33%丙酮11%催化劑0.4%。作為本發(fā)明的具體化，所述的催化劑為三正丁基磷和/或磷酸。為達(dá)到上述的另一目的，一種水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于其步驟 為在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入重量百分比為18-25%的甲 苯二異氰酸酯、重量百分比為20. 01-80%的醋酸乙醋，加熱升溫到40-50°C，然后，把重量 百分比為1-5%的三羥甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在70-80°C保溫3-5小時(shí)，檢測(cè)NCO 的重量百分含量，當(dāng)固含為55-65%時(shí)，降溫至43-48°C，將重量百分比為0-40%的聚乙二 醇分兩批投入反應(yīng)，然后在58-63°C保溫3小時(shí)；加入三正丁基磷，在50°C -60°C之間保溫 反應(yīng)2. 5-4小時(shí)，加入磷酸，冷卻至20-30°C，即可出料。作為本發(fā)明制備方法的改進(jìn)，用丙酮替代醋酸乙酯。作為本發(fā)明制備方法的改進(jìn)，加入丙酮，其中醋酸乙酯占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比 為20-40%，丙酮占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比為0.01-40%，其他原料所占的重量百分比不變。作為本發(fā)明制備方法的具體化，水性聚氨酯固化劑的制備方法的步驟為在一個(gè) 裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入重量百分比為22%的甲苯二異氰酸酯、 重量百分比為33 %的醋酸乙醋和重量百分比為11 %的丙酮，加熱升溫到45°C，然后，把重 量百分比為2. 5%的三羥甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重 量百分含量，當(dāng)固含為60%時(shí)，降溫至45°C，將重量百分比為14%的聚乙二醇分兩批投入 反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入重量百分比為0. 2%的三正丁基磷，在50°C之間保溫反 應(yīng)2. 5小時(shí)，加入重量百分比為0. 2%的磷酸，冷卻至30°C，即可出料。本發(fā)明的有益效果為(1)由于本發(fā)明的反應(yīng)溫度不高，采用熱冷水加熱和冷卻即可；在常壓下反應(yīng)，因 此，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，適合工業(yè)應(yīng)用。(2)由于在反應(yīng)過(guò)程中引入了可水溶性的基團(tuán)即二醇化合物，這樣合成的固化劑 在水性介質(zhì)中和水性樹脂中相互混溶，交聯(lián)反應(yīng)形成膜。(3)本發(fā)明所形成的水性固化劑既能用于常溫固化的木質(zhì)、金屬、塑料等表面的水 性涂料配制，也能用于配制高溫固化的涂料，且在高溫下反應(yīng)更完全，交聯(lián)更充分。
(4)本發(fā)明所用原料之一是聚碳酸酯二醇，是利用廢氣二氧化碳合成材料的進(jìn)一 步應(yīng)用。(5)以本發(fā)明的固化劑原料經(jīng)反應(yīng)后形成了氨基甲酸酯這種結(jié)構(gòu)，它具有耐酸堿、 耐水耐磨、光澤好、硬度高，對(duì)底材具有強(qiáng)的附著力的特性，因此，制備的漆膜也具有耐酸 堿、耐水耐磨、光澤好、硬度高，對(duì)底材具有強(qiáng)的附著力的特性。成膜的硬度，附著力，耐水性 都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。涂膜性能測(cè)試按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行附著力GB/T 1720-79 ；鉛筆硬度GB/T 6739 ；抗沖擊:GB/T 1732-93 ；耐水性:GB/T 1733-93。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通N2保護(hù)的四口燒瓶中，加入180克的甲苯二異氰 酸酯、408. 9克醋酸乙醋和400克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到40°C，然后，把10克三輕甲基 丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在70°C保溫3小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為55% 時(shí)，降溫至43°C，將0. 1克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在58°C保溫3小時(shí)；加入0. 2克 三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入0. 8克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至20°C，即可出 料。實(shí)施例2在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入250克甲苯二異氰酸 酯、200. 1克醋酸乙醋和305. 1克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到50°C，然后，把50克三輕甲基 丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在80°C保溫5小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為65% 時(shí)，降溫至48°C，將200克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在63°C保溫3小時(shí)；加入1克三 正丁基磷，在60°C保溫反應(yīng)4小時(shí)，加入4克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至30°C，即可出料。實(shí)施例3在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入190克甲苯二異氰酸 酯、250克丙酮和128克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到45°C，然后，把30克三輕甲基丙烷分三 批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為60%時(shí)，降溫至 45°C，將400克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入1克三正丁基磷， 在55°C保溫反應(yīng)3小時(shí)，加入1克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至25°C，即可出料。實(shí)施例4在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入180克甲苯二異氰酸 酯、800克丙酮和0. 1克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到45°C，然后，把15克三輕甲基丙烷分三 批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為60%時(shí)，降溫至 450C，將2. 9克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入0. 5克三正丁基磷， 在55°C保溫反應(yīng)3小時(shí)，加入1. 5克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至25°C，即可出料。實(shí)施例5在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入180克甲苯二異氰酸 酯、250克醋酸乙醋、158. 9克丙酮和400克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到40°C，然后，把10克 三輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在70°C保溫3小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為55%時(shí)，降溫至43°C，將0. 1克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在58°C保溫3小時(shí)；加入 0. 3克三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入0. 7克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至20°C， 即可出料。實(shí)施例6在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入250克甲苯二異氰酸 酯、200克醋酸乙醋、0. 1克丙酮和105. 1克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到42°C，然后，把50克 三輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含 為57%時(shí)，降溫至44°C，將400克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入 2克三正丁基磷，在53°C保溫反應(yīng)3小時(shí)，加入3克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至25°C，即可出 料。實(shí)施例7在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入180克甲苯二異氰酸 酯、400克醋酸乙醋、400克丙酮和0. 1克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到45°C，然后，把13克三 輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在77°C保溫5小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為 60%時(shí)，降溫至48°C，將4. 9克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在63°C保溫3小時(shí)；加入1 克三正丁基磷，在60°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入2克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至30°C，即可出 料。實(shí)施例8在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入200克甲苯二異氰酸 酯、340克醋酸乙醋、120克丙酮和100克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到50°C，然后，把20克三 輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在80°C保溫3. 3小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含 為60%時(shí)，降溫至45°C，將218克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在59°C保溫3小時(shí)；加入 0. 8克三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)4小時(shí)，加入1. 2克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至25°C，即 可出料。冷卻至25°C，即可出料。實(shí)施例9在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入230克甲苯二異氰酸 酯、250克醋酸乙醋、207克丙酮和170克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到48°C，然后，把30克三 輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為 60%時(shí)，降溫至46°C，將110克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入1克 三正丁基磷，在55°C保溫反應(yīng)3小時(shí)，加入2克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至25°C，即可出料。實(shí)施例10在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入200克甲苯二異氰酸 酯、253克醋酸乙醋、120克丙酮和100克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到42°C，然后，把25克三 輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為 55%時(shí)，降溫至46°C，將300克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入1 克三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入1克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至30°C，即可出 料。實(shí)施例11在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入183克甲苯二異氰酸酯、260克醋酸乙醋、121. 5克丙酮和四0克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到49°C，然后，把23克 三輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在74°C保溫3. 5小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固 含為65%時(shí)，降溫至45°C，將120克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在63°C保溫3小時(shí)；加 入0. 5克三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入2克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至30°C， 即可出料。實(shí)施例12在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入22克甲苯二異氰酸 酯、250克醋酸乙醋、310克丙酮和100克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到49°C，然后，把20克三 輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在74°C保溫3. 5小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含 為60%時(shí)，降溫至45°C，將97. 3克聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在63°C保溫3小時(shí)；加 入0. 7克三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入2克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至30°C， 即可出料。實(shí)施例13在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通隊(duì)保護(hù)的四口燒瓶中，加入220克甲苯二異氰酸 酯、330克醋酸乙醋、110克丙酮和171克聚碳酸酯二醇，加熱升溫到45°C，然后，把25克三 輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為 60%時(shí)，降溫至45°C，將重量百分比為14%的聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3 小時(shí)；加入2克三正丁基磷，在50°C保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入2克磷酸，攪拌均勻后，冷卻至 30°C，即可出料。上述實(shí)施例經(jīng)試驗(yàn)后得到的固化劑性能如下表
權(quán)利要求
1.一種水性聚氨酯固化劑，其特征在于該水性聚氨酯固化劑包括甲苯二異氰酸酯、 三羥甲基丙烷、聚乙二醇、聚碳酸酯二醇、醋酸乙酯和催化劑；各原料的重量百分比為甲苯二異氰酸酯18-25%三羥甲基丙烷1-5%聚乙二醇0.01-40%聚碳酸酯二醇0.01-40%醋酸乙酯20.01-80%催化劑0.1-0.5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯固化劑，其特征在于用丙酮替代醋酸乙酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯固化劑，其特征在于水性聚氨酯固化劑還包括 丙酮，其中醋酸乙酯占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比為20-40%，丙酮占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比為 0.01-40%，其他原料所占的重量百分比不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水性聚氨酯固化劑，其特征在于各原料的重量百分比為 甲苯二異氰酸酯20-23%三羥甲基丙烷2-3%聚乙二醇11-30%聚碳酸酯二醇10-29%醋酸乙酯25-34%丙酮12-31%催化劑0.2-0.3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水性聚氨酯固化劑，其特征在于各原料的重量百分比為 甲苯二異氰酸酯22%三羥甲基丙烷2.5%聚乙二醇14%聚碳酸酯二醇17.1%醋酸乙酯33%丙酮11%催化劑0.4%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的水性聚氨酯固化劑，其特征在于所述的催化劑為三正丁基磷和磷酸。
7.—種水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于其步驟為在一個(gè)裝有攪拌器、 溫度計(jì)和通N2保護(hù)的四口燒瓶中，加入重量百分比為18-25%的甲苯二異氰酸酯、重量百 分比為20. 01-80%的醋酸乙醋和重量百分比為0.01-40%的聚碳酸酯二醇，加熱升溫到 40-50°C，然后，把重量百分比為1-5%的三羥甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后在70-80°C保 溫3-5小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為55-65%時(shí)，降溫至43_48°C，將重量百分 比為0-40%的聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在58-63°C保溫3小時(shí)；加入三正丁基磷，在 500C _60°C之間保溫反應(yīng)2. 5-4小時(shí)，加入磷酸，冷卻至20_30°C，即可出料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于用丙酮替代醋 酸乙酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于加入丙酮， 其中醋酸乙酯占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比為20-40%，丙酮占整個(gè)物質(zhì)的重量百分比為 0.01-40%，其他原料所占的重量百分比不變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水性聚氨酯固化劑的制備方法，其特征在于其步驟為在 一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和通N2保護(hù)的四口燒瓶中，加入重量百分比為22%的甲苯二異氰 酸酯、重量百分比為33%的醋酸乙醋、重量百分比為11%的丙酮和重量百分比為17. 的 聚碳酸酯二醇，加熱升溫到45°C，然后，把重量百分比為2. 5%的三羥甲基丙烷分三批投入 反應(yīng)，然后在75°C保溫4小時(shí)，檢測(cè)NCO的重量百分含量，當(dāng)固含為60 %時(shí)，降溫至45°C，將 重量百分比為14%的聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在60°C保溫3小時(shí)；加入重量百分比 為0. 2%的三正丁基磷，在50°C之間保溫反應(yīng)2. 5小時(shí)，加入重量百分比為0. 2%的磷酸，冷 卻至30°C，即可出料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水性聚氨酯固化劑及其制備方法，固化劑包括甲苯二異氰酸酯、三羥甲基丙烷、聚乙二醇、聚碳酸酯二醇、醋酸乙酯和催化劑。制備方法的步驟為加入18-25％甲苯二異氰酸酯、20.01-80％醋酸乙醋和0.01-40％聚碳酸酯二醇，然后，把1-5％三輕甲基丙烷分三批投入反應(yīng)，然后，將0.01-40％聚乙二醇分兩批投入反應(yīng)，然后在58-63℃保溫3小時(shí)；加入0.1-0.5％的催化劑，在50℃-60℃之間保溫反應(yīng)2.5-4小時(shí)，冷卻至20-30℃，即可出料。該方法簡(jiǎn)單，利用該方法制備的固化劑能和水性丙烯酸樹脂、水性醇酸樹脂混合反應(yīng)形成膜，且既能用于常溫固化，也能用于配制高溫固化的涂料。
文檔編號(hào)C09D175/14GK102050935SQ20101057935
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者廖玉, 李會(huì)寧, 陳仕箐 申請(qǐng)人:肇慶千江高新材料科技有限公司