水性涂料用聚氨酯乳液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业乳液领域，具体涉及一种水性涂料用聚氨酯乳液及其制备方法。【背景技术】 溶剂型涂料，由于使用大量挥发性有机化合物（V0C)作溶剂，使用时溶剂挥发到空气 中，不仅污染环境，而且浪费资源，已引起社会的广泛关注。随着人民生活水平的提高，人民 对环境、安全、健康、可持续发展、节能减排和清洁生产的关注度进一步提高，各国环保法规 要求的进一步严格，水性涂料取代溶剂型涂料势在必行。在此背景下，各类溶剂型涂料的水 性化研究越来越受到人们的高度重视，水性涂料以水代替有机溶剂，使用安全、无毒，保障 了生产和施工人员的身体健康，消除了有机溶剂对环境的污染，即节约石油资源，又避免了 挥发性有机化合物对大气的污染，达到保护生态环境的目的，因此开发水性涂料是未来涂 料工业的发展方向。水性涂料的质量和环保性能取决于聚合物乳液的性能，因此，水性涂料 的关键技术是高性能聚合物乳液的开发及产业化应用。
[0002] 水性聚氨酯涂料以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易 于改性等优点，以其耐久性和耐化学性而著名，深受广大建筑涂料生产厂家的青睐。但是目 前大多数国内企业是直接购买国外进口的聚氨酯乳液来配制水性工业涂料，较少开发高性 能聚氨酯乳液，或者虽已开发聚氨酯乳液，其性能尚不能达到工业涂料的性能要求，仍存在 一些问题：水分散体聚氨酯涂膜的耐水性、耐热性和光泽性较差，严重地限制了其使用的范 围。由于其性能不如国外的产品，缺乏市场竞争力，因此急需研制出一种高性能的聚氨酯乳 液。
【发明内容】
[0003]本发明的目的提供一种耐水性、耐热性和光泽性好的水性涂料用聚氨酯乳液及其 制备方法。
[0004] 本发明的技术方案为：水性涂料用聚氨酯乳液，按重量份计，该乳液由以下组分制 成：二异氰酸酯80-90份，聚四氢呋喃醚二醇7-20份，苯乙烯1-2份，二氨基苯磺酸钠3-5 份，复配乳化剂4-7. 5份，引发剂0. 2-0. 4份、去离子水50-70份，pH调节剂1-5份，助剂1-5 份。
[0005]所述二异氰酸酯是2,4_甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰 酸酯、间苯二异氰酸、对苯二异氰酸酯中的一种。
[0006]所述复配乳化剂为非离子乳化剂、阴离子乳化剂、阴离子反应性乳化剂按质量比 4-6:1-2:3-4. 5比例的混合物，其中所述阴离子乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述 非离子乳化剂选用聚乙二醇硬脂酸酯，所述阴离子反应性乳化剂选用广州市卓能贸易有限 公司生产的反应性乳化剂NRS-138或反应性乳化剂NRS-10。
[0007]所述引发剂为过硫酸铵。
[0008]所述助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚或N-羟甲基丙烯酰胺。
[0009]所述PH调节剂为乙醇胺。
[0010] 一种制备水性涂料用聚氨酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将复配乳化剂与 去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇、苯乙烯、二氨基 苯磺酸钠加入反应器中搅拌均匀，然后加热至80-85°C，控制在2-2. 5h内缓慢滴加引发剂， 再加入助剂及pH调节剂控制温度在90-95Γ下2. 5-3h，即得水性涂料用聚氨酯乳液。
[0011] 有益效果： 本发明聚合物乳液具有良好的力学性能、附着力强、耐水性、耐热性和光泽性好；制备 方法简单可行，合成过程易于控制，原料易得，成本较低，适用于工业化生产。
[0012]
【具体实施方式】： 实施例1 水性涂料用聚氨酯乳液，按重量份计，称取以下各个组分：二异氰酸酯80份，聚四氢呋 喃醚二醇7份，苯乙烯1份，二氨基苯磺酸钠3份，复配乳化剂4份，引发剂0. 2份、去离子 水50份，pH调节剂1份，助剂1份。
[0013] 二异氰酸酯为2,4_甲苯二异氰酸酯。引发剂为过硫酸铵，PH调节剂为乙醇胺，助 剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵。复配乳化剂为非离子乳化剂、阴离子乳化剂、阴离子反应性 乳化剂按质量比4:1:3比例的混合物，其中所述阴离子乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸 钠，所述非离子乳化剂选用聚乙二醇硬脂酸酯，所述阴离子反应性乳化剂选用广州市卓能 贸易有限公司生产的反应性乳化剂NRS-138。
[0014]一种制备水性涂料用聚氨酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将复配乳化剂与 去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇、苯乙烯、二氨基 苯磺酸钠加入反应器中搅拌均匀，然后加热至80°C，控制在2h内缓慢滴加引发剂，再加入 助剂及pH调节剂控制温度在90-95°C下2. 5h，即得。
[0015] 实施例2 水性涂料用聚氨酯乳液，按重量份计，称取以下各个组分：二异氰酸酯90份，聚四氢呋 喃醚二醇20份，苯乙烯2份，二氨基苯磺酸钠5份，复配乳化剂7. 5份，引发剂0. 4份、去离 子水70份，pH调节剂5份，助剂5份。
[0016]二异氰酸酯为间苯二异氰酸。引发剂为过硫酸铵，PH调节剂为乙醇胺，助剂为脂肪 醇聚氧乙烯醚。复配乳化剂为非离子乳化剂、阴离子乳化剂、阴离子反应性乳化剂按质量比 6:2:4. 5比例的混合物，其中所述阴离子乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述非离子 乳化剂选用聚乙二醇硬脂酸酯，所述阴离子反应性乳化剂选用广州市卓能贸易有限公司生 产的反应性乳化剂NRS-138。
[0017]-种制备水性涂料用聚氨酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将复配乳化剂与 去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇、苯乙烯、二氨基 苯磺酸钠加入反应器中搅拌均匀，然后加热至85°C，控制在2. 5h内缓慢滴加引发剂，再加 入助剂及pH调节剂控制温度在95°C下3h，即得。
[0018] 实施例3 水性涂料用聚氨酯乳液，按重量份计，称取以下各个组分：二异氰酸酯85份，聚四氢呋 喃醚二醇14份，苯乙烯1. 5份，二氨基苯磺酸钠4份，复配乳化剂5. 7份，引发剂0. 3份、去 离子水60份，pH调节剂3份，助剂3份。
[0019] 二异氰酸酯为对苯二异氰酸酯。引发剂为过硫酸铵，PH调节剂为乙醇胺，助剂为 N-羟甲基丙烯酰胺。复配乳化剂为非离子乳化剂、阴离子乳化剂、阴离子反应性乳化剂按质 量比5:1. 5:4比例的混合物，其中所述阴离子乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述 非离子乳化剂选用聚乙二醇硬脂酸酯，所述阴离子反应性乳化剂选用广州市卓能贸易有限 公司生产的反应性乳化剂NRS-10。
[0020] 一种制备水性涂料用聚氨酯乳液的方法，此方法包括以下步骤：将复配乳化剂与 去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇、苯乙烯、二氨基 苯磺酸钠加入反应器中搅拌均匀，然后加热至83°c，控制在2h内缓慢滴加引发剂，再加入 助剂及pH调节剂控制温度在93°C下3h，即得。
[0021] 对比例1 除了乳化剂选用吐温，其它制备条件参数与实施例1相同。
[0022] 对比例2 除了乳化剂选用烷基酚聚氧乙烯醚，其它制备条件参数与实施例1相同。
[0023] 对比例3 除了乳化剂选用吐温、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚按质量比2:1:1比例的 混合，其它制备条件参数与实施例1相同。
[0024] 实施例4 在塑料表面测试：将实施例1-3制得的乳液分别使用4#线棒，涂布在PET基材上， 110°C烘干10S，使用3M胶带拉扯，涂膜均无脱落。
[0025] 在金属表面测试：将实施例1-3制得的乳液分别涂抹在马口铁上，70°C烘烤2h成 膜，其涂膜均显示透明光滑，耐沾污性好，在-2〇°C16h、室温8h，循环6次无明细变化，硬度 为H〇
[0026] 进一步将本发明的产品与国内同类产品标按国家涂料标准测试，测试结果如下表 1 :表1
1、附着力测试：GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》；2、外观透明度测 试：GB/T1721-2008《清漆、清油及稀释剂外观和透明度测定法》；3、稳定性测试：乳液 放进50°C恒温烘箱静置两周，观察乳液稳定性；4、耐溶剂测试：GB/T23989-2009《涂料 耐溶剂擦拭性测定法》；5、V0C含量测试：HJ/T201-2005《中华人民共和国环境保护行 业标准》； 6、 耐冲击性按GB1732-79《漆膜耐冲击测定法》； 7、 杯突试验按GB/T9753-88《色漆和清漆杯突试验》； 8、 柔韧性按GB/T1731-93《漆膜柔韧性测定法》； 耐水性按GB1733-93《中华人民共和国国家标准漆膜耐水性测定法》。为了不断改善 水乳性涂料的性能，水性聚合物的混合乳化技术以及特种单体的合成一直是该领域研究的 热点。从上表可以看出本发明产品通过复配乳化剂的配伍大大提高了产品的性能，与比同 类水性产品相比，在附着力和稳定性上具有明显优势，在环保上明显优于溶剂型产品。
【主权项】
1. 水性涂料用聚氨酯乳液，其特征在于按重量份计，该乳液由以下组分制成：二异氰 酸酯80-90份，聚四氢呋喃醚二醇7-20份，苯乙烯1-2份，二氨基苯磺酸钠3-5份，复配乳 化剂4-7. 5份，引发剂0. 2-0. 4份、去离子水50-70份，pH调节剂1-5份，助剂1-5份。2. 根据权利要求1所述的水性涂料用聚氨酯乳液，其特征在于：所述的二异氰酸酯是 2,4_甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、间苯二异氰酸、对苯二 异氰酸酯中的一种。3. 根据权利要求1所述的水性涂料用聚氨酯乳液，其特征在于：所述复配乳化剂为 非离子乳化剂、阴离子乳化剂、阴离子反应性乳化剂按质量比4-6:1-2:3-4. 5比例的混合 物，其中所述阴离子乳化剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述非离子乳化剂选用聚乙二 醇硬脂酸酯，所述阴离子反应性乳化剂选用广州市卓能贸易有限公司生产的反应性乳化剂 NRS-138或反应性乳化剂NRS-10。4. 根据权利要求1所述的水性涂料用聚氨酯乳液，其特征在于：所述引发剂为过硫酸 铵。5. 根据权利要求1所述的水性涂料用聚氨酯乳液，其特征在于：所述助剂为脂肪醇聚 氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚或N-羟甲基丙烯酰胺。6. 根据权利要求1所述的水性涂料用聚氨酯乳液，其特征在于：所述PH调节剂为乙醇 胺。7. -种制备权利要求1所述的水性涂料用聚氨酯乳液的方法，其特征在于此方法包 括以下步骤：将复配乳化剂与去离子水加入到反应器中搅拌均匀，再将二异氰酸酯、聚四氢 呋喃醚二醇、苯乙烯、二氨基苯磺酸钠加入反应器中搅拌均匀，然后加热至80-85°C，控制在 2-2. 5h内缓慢滴加引发剂，再加入助剂及pH调节剂控制温度在90-95°C下2. 5-3h，即得水 性涂料用聚氨酯乳液。
【专利摘要】本发明公开了一种水性涂料用聚氨酯乳液及其制备方法，按重量份计，该乳液由以下组分制成：二异氰酸酯80-90份，聚四氢呋喃醚二醇7-20份，苯乙烯1-2份，二氨基苯磺酸钠3-5份，复配乳化剂4-7.5份，引发剂0.2-0.4份、去离子水50-70份，pH调节剂1-5份，助剂1-5份。本发明聚合物乳液具有良好的力学性能、附着力强、耐水性、耐热性和光泽性好；制备方法简单可行，合成过程易于控制，原料易得，成本较低，适用于工业化生产。
【IPC分类】C08G18/76, C08G18/48, C09D175/08, C09D7/12
【公开号】CN105419613
【申请号】CN201510854619
【发明人】何晨旭
【申请人】何晨旭, 宿迁嵘锦信息科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月30日