本發(fā)明涉及涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種高官能度水性光固化聚氨酯涂料的制備方法。

背景技術(shù)：

涂料是化工材料的一類，正在逐步成為一類多功能性的工程材料。涂料工業(yè)是化學工業(yè)的一個重要行業(yè)，占有重要的地位。涂料工業(yè)的發(fā)展情況在一定程度上可以作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標尺。

傳統(tǒng)涂料一般以有機溶劑為活性稀釋劑，施工后會釋放出大量的苯、甲醛等揮發(fā)性有機化合物(VOC)，嚴重危害人類生存環(huán)境和身體健康，已經(jīng)成了環(huán)境污染的一個重要來源。同時由于有機溶劑的存在，給生產(chǎn)和運輸帶來了消防安全隱患。

環(huán)境保護和資源綜合利用已成為世界的共同焦點，環(huán)保型涂料的研究和開發(fā)已經(jīng)成為各國研究的重點和熱點。光固化水性聚氨酯涂料結(jié)合了光固化技術(shù)和水性涂料技術(shù)，采用水不但可作樹脂的稀釋劑，還可以作為分散介質(zhì)，可以基本消除活性稀釋劑的使用。水性光固化聚氨酯涂料的優(yōu)點顯而易見，其繼承了水性涂料的環(huán)保、經(jīng)濟、安全和光固化涂料的高效、節(jié)能的優(yōu)勢，并具有優(yōu)良的柔韌性、耐磨性和性能調(diào)控等特性，展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

不飽和官能團是決定光固化聚氨酯分散體交聯(lián)密度的最關(guān)鍵因素，含光敏性基團的聚氨酯分散體樹脂或預聚物大多數(shù)以常見的樹脂進行不飽和官能化而得。目前關(guān)于光固化聚氨酯分散體的研究報道很多，絕大多數(shù)研究沿襲了傳統(tǒng)的線型聚氨酯設計理念，即通過優(yōu)化長鏈二醇軟段和異氰酸酯硬段的相對含量，采用甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)或丙烯酸羥乙酯(HEA)封端，不飽和官能度含量較低。在實際應用過程中，這種低官能度封端的產(chǎn)品已暴露出涂膜固化速率較慢、交聯(lián)密度較低、成本相對較高等缺陷。使得施工時間增加、生產(chǎn)效率降低、涂膜硬度、耐水耐化學品等物理化學性能較差，難以同傳統(tǒng)的溶劑型涂料相抗衡，因此制約了其工業(yè)化發(fā)展的空間。因此，提高水性聚氨酯樹脂的性能成為國內(nèi)水性聚氨酯涂料發(fā)展的關(guān)鍵所在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服水性光固化聚氨酯涂料官能度低，硬度、強度和耐水耐化學品性能差以及存在的不同程度的缺陷等問題，本發(fā)明擬通過設計一種分子結(jié)構(gòu)，同時提高其分子結(jié)構(gòu)中官能度的方法，得到高交聯(lián)密度、硬度、強度、耐水耐溶劑性能優(yōu)異的水性聚氨酯涂料。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種涂料的制備方法，其原理過程包括：

1)合成預聚體

在裝有攪拌器、冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入計量配比的聚ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)和二羥甲基丙酸(DMPA)，真空度下脫水以去除PCL-1000和DMPA中含有的水分和自身的結(jié)晶水。然后向燒瓶中滴加計量配比的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，在穩(wěn)定溫度條件下，加入有機錫催化劑，制備含羧基基團(-COOH)的異氰酸酯基團(NCO)封端的預聚物。

2)雙鍵封端

用適量丙酮稀釋預聚體，加入計量配比的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)進行封端，加入適量阻聚劑，制備雙鍵基團封端的預聚物。

3)中和、分散和去溶劑

控制體系溫度，在高速攪拌條件下，加入成鹽劑中和，加入計量的去離子水高速攪拌乳化分散，然后通過減壓蒸餾除去體系中丙酮，即得到一定固體含量的光固化聚氨酯分散體乳液。

4)添加助劑

向制備好的分散體乳液中加入適量助劑和光引發(fā)劑，1000-2000r/min條件下，分散至少60～120min，助劑配比如下：

所述助劑的組分為：乳液60％～90％；流平劑0.1％～0.8％；消泡劑0.2％～1.0％；增稠劑0.3％～1.2％；助溶劑0.5％～2.0％；增滑劑0.3％～1.4％；手感劑2.0％～5.0％；光引發(fā)劑3.0％～12％。

具體地來說，上述制備方法可以包括以下步驟：

1)在裝有攪拌器、冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入上述所述重量百分比的聚ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)和二羥甲基丙酸(DMPA)，0.7-0.9MPa真空度下脫水1-2h；

2)加入4-8滴有機錫催化劑，緩慢滴加上述所述重量百分比的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，在80-90℃溫度條件下連續(xù)攪拌0.5-2小時；

上述有機錫催化劑是錫和碳元素直接結(jié)合所形成的金屬有機化合物。通式RnSnX4-(n＝1-4，R為烷基或芳香基)。有烷基錫化合物和芳香基化合物兩類。其基本結(jié)構(gòu)有一取代體、二取代體、三取代體和四取代體(指R的數(shù)目)。錫產(chǎn)量中的10-20％用于合成有機錫化合物。

有機錫催化劑通常被用于聚氨酯等產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別是在聚氨酯泡沫、涂料、彈性體、 膠黏劑、樹脂等行業(yè)中被廣泛應用。

本發(fā)明所使用的有機錫催化劑是二丁基錫二月桂酸酯，它是一種強凝膠催化劑，可用于彈性體、膠黏劑、密封膠、涂料、硬泡、模塑泡沫、RIM等。二丁基錫二月桂酸酯還是一種熱穩(wěn)定劑，主要用于PVC軟透制品的加工，硅橡膠催化劑，聚酰膠和酚醛樹脂的光熱穩(wěn)定劑等。從現(xiàn)有市場上可以購買獲得。

3)用適量丙酮稀釋預聚體后，加入上述所述重量百分比的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，在40-45℃溫度條件下連續(xù)攪拌0.5-1小時，加入適量阻聚劑、成鹽劑、光固化劑等助劑，加入去離子水高速分散后，得到高官能度水性光固化聚氨酯涂料；

其中，上各組分的配比為：ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：13％～18％；二羥甲基丙酸(DMPA)：4％～9％；異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：24％～30％；季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：17％～22％；去離子水：22％-28％；助劑：0.1～8％。

優(yōu)選地，所述各組分的配比為：ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：16％；二羥甲基丙酸(DMPA)：4％；異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：28％；季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：22％；去離子水：22％；助劑：8％。

優(yōu)選地，所述各組分的配比為：ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：18％；二羥甲基丙酸(DMPA)：5％；異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：27％；季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：20％；去離子水：25％；助劑：5％；。

優(yōu)選地，所述各組分的配比為：ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：15％；二羥甲基丙酸(DMPA)：7％；異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：24％；季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：18％；去離子水：28％；助劑：8％。

優(yōu)選地，所述各組分的配比為：ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：13％；二羥甲基丙酸(DMPA)：9％；異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：30％；季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：17％；去離子水：23％；助劑：8％。

優(yōu)選地，所述助劑的組分為：乳液60％～90％；流平劑0.1％～0.8％；消泡劑0.2％～1.0％；增稠劑0.3％～1.2％；助溶劑0.5％～2.0％；增滑劑0.3％～1.4％；手感劑2.0％～5.0％；光引發(fā)劑3.0％～12％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)本發(fā)明以異佛爾酮二異氰酸酯和ε-己內(nèi)酯二醇為原料，以二羥甲基丙酸為擴鏈劑，制備含羧基基團(-COOH)的異氰酸酯基團(NCO)封端的預聚物，然后以季戊四醇三丙烯酸 酯為封端劑，制備雙鍵基團封端的預聚物。配以流平劑、消泡劑、光引發(fā)劑等助劑，合理搭配，制備的涂料適用于木材、金屬、紙張和塑膠等材料表面涂裝，通用性強；

2)水性體系更便于調(diào)節(jié)粘度，涂料的流變性容易控制，適用于各種涂裝方式，如淋涂、錕涂和噴涂等；

3)用水代替了活性稀釋劑，解決了VOC及毒性、刺激性的問題；

4)齊聚物的高分子量及低的交聯(lián)密度，可避免由于活性稀釋劑所引起的固化收縮，涂膜最終附著力好，同時可解決傳統(tǒng)油性涂料不能同時具有的高硬度和高韌性的矛盾；

5)通過調(diào)節(jié)固體含量可得到極薄的涂層，降低成本；

6)設備、容器等可用水性清洗液，易于清洗；

7)水烘干后在輻照之前就可以得到觸干的涂層，這樣可以用于三維物體的表面固化，這種輻照之前就觸干的涂層減少了灰塵的吸附并且能在固化前對涂層的缺陷進行修補，減少不合格率；

8)水作為連續(xù)相，是最廉價安全的稀釋劑，降低了涂料的燃、爆等級，大大減少火災危害。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面通過實施例進一步闡述本發(fā)明的產(chǎn)品組成配方。

實施例1

一種涂料，由以下組分組成：

ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：16％；

二羥甲基丙酸(DMPA)：4％；

異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：28％；

季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：22％；

去離子水：22％；

助劑：8％。

依據(jù)上述組分，可以通過以下制備方法來制得涂料：

在裝有攪拌器、冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入上述所述重量百分比的聚ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)和二羥甲基丙酸(DMPA)，0.7MPa真空度下脫水2h；然后加入5滴有機錫催化劑，緩慢滴加上述所述重量百分比的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，在80℃溫度條件下連續(xù)攪拌2小時；用適量丙酮稀釋預聚體后，加入上述所述重量百分比的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，在40℃溫度條件下連續(xù)攪拌1小時，加入適量阻聚劑、成鹽劑、光固化劑等助劑，加入去離子水高速分散后，得到高官能度水性光固化聚氨酯涂料。

實施例2

一種涂料，由以下組分組成：

ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：18％；

二羥甲基丙酸(DMPA)：5％；

異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：27％；

季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：20％；

去離子水：25％；

助劑：5％。

依據(jù)上述組分，可以通過以下制備方法來制得涂料：

在裝有攪拌器、冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入上述所述重量百分比的聚ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)和二羥甲基丙酸(DMPA)，0.9MPa真空度下脫水1h；然后加入8滴有機錫催化劑，緩慢滴加上述所述重量百分比的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，在90℃溫度條件下連續(xù)攪拌1.5小時；用適量丙酮稀釋預聚體后，加入上述所述重量百分比的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，在45℃溫度條件下連續(xù)攪拌0.5小時，加入適量阻聚劑、成鹽劑、光固化劑等助劑，加入去離子水高速分散后，得到高官能度水性光固化聚氨酯涂料。

實施例3

一種涂料，由以下組分組成：

ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：15％；

二羥甲基丙酸(DMPA)：7％；

異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：24％；

季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：18％；

去離子水：28％；

助劑：8％。

依據(jù)上述組分，可以通過以下制備方法來制得涂料：

在裝有攪拌器、冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入上述所述重量百分比的聚ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)，0.8MPa真空度下脫水1h；然后加入4滴有機錫催化劑，緩慢滴加上述所述重量百分比的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，在90℃溫度條件下連續(xù)攪拌0.5小時，加入二羥甲基丙酸(DMPA)，在85℃溫度條件下連續(xù)攪拌1.5小時；用適量丙酮稀釋預聚體后，加入上述所述重量百分比的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，在45℃溫度條件下連續(xù)攪拌0.5小時，加入適量阻聚劑、成鹽劑、光固化劑等助劑，加入去離子水高速分散后，得到高官能度水性光固化聚氨酯涂料。

實施例4

一種涂料，由以下組分組成：

ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)：13％；

二羥甲基丙酸(DMPA)：9％；

異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)：30％；

季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)：17％；

去離子水：23％；

助劑：8％。

依據(jù)上述組分，可以通過以下制備方法來制得涂料：

在裝有攪拌器、冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入上述所述重量百分比的聚ε-己內(nèi)酯二醇(PCL-1000)，0.8MPa真空度下脫水1h；然后加入4滴有機錫催化劑，緩慢滴加上述所述重量百分比的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，在80℃溫度條件下連續(xù)攪拌1.0小時，加入二羥甲基丙酸(DMPA)，在90℃溫度條件下連續(xù)攪拌2小時；用適量丙酮稀釋預聚體后，加入上述所述重量百分比的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，在40℃溫度條件下連續(xù)攪拌1小時，加入適量阻聚劑、成鹽劑、光固化劑等助劑，加入去離子水高速分散后，得到高官能度水性光固化聚氨酯涂料。

綜合上述方案，見下表1，為上述四個實施例的關(guān)鍵指標性能檢測表。

表1，涂料的關(guān)鍵指標測試結(jié)果

上述具體實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。