刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯及其制备方法与流程

本发明涉及涂料，具体涉及一种刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯及其制备方法，用于提高以其制备得到的水性双组份聚氨酯涂料中涂膜的干燥速度。

背景技术：

1、水性双组份聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好以及耐候性好等特点，是一种可取代溶剂型双组份聚氨酯涂料的环境友好型涂料。其由水性羟基树脂(a组分)和水性多异氰酸酯固化剂(b组分)共同组成。水性聚氨酯涂料以水作为介质，由于水的蒸发潜热高，导致水的蒸发速度比其他溶剂慢十几倍左右，造成水性双组份涂膜干燥速度变慢，涂膜防尘性差，也限制了其大规模应用。水性双组份聚氨酯涂料在成膜过程中伴随着两个过程，一个是物理成膜过程，一个是化学成膜过程，两者并非独立存在而是同时进行。物理成膜过程主要是涂膜中水分的挥发，这个过程称为表干。随着水分的挥发，乳胶粒子相互靠近、变形以及融合，进入第二阶段化学成膜过程，称为实干。在这个过程中，水性多异氰酸酯固化剂与羟基树脂发生交联反应形成三维网状结构，进而形成涂膜。

2、美国专利us5200489、us3996154、中国专利cn101381443等都采用了不同类型的聚醚作为亲水改性剂，对多异氰酸酯进行改性，得到水分散性好、与羟基树脂良好匹配性能的水可分散型固化剂。但是由于聚醚的亲水性较差，需要引入大量聚醚才能达到理想的水分散性，所以导致固化剂nco含量较低，固化剂的粘度较大，导致施工性能下降。德国专利de4433929a、欧洲专利ep0703255等曾提出采用亲水性更好的羟基乙磺酸、羟基丙磺酸对多异氰酸酯进行改性，制备的固化剂粘度低、水分散性好。然而通常市场上销售的羟基磺酸以钠盐形式存在，与多异氰酸酯反应后，钠离子会长期残留在涂膜中，降低漆膜的耐碱性、耐水性和光泽。美国专利us6767958曾以n,n-二甲基环己胺为催化剂、采用2-环己氨基-乙磺酸和3-环己氨基-丙磺酸对多异氰酸酯改性，制备得到亲水性好、涂膜性能理想的水性聚氨酯固化剂，但由于叔胺的催化作用，能大大提高了固化剂与羟基树脂的反应速度，导致固化剂的活化期较短；且由于磺酸基团具有较强的亲水性，在成膜后分布在涂膜表面导致涂膜的耐水性、耐酸性以及耐水性都有不同程度的下降。中国发明专利申请cn101754990a公开了一种水性聚异氰酸酯的制备方法，用于双组分聚氨酯涂料或基于水分散体的粘合剂，其用4-氨基甲苯-2-磺酸对多异氰酸酯改性，同时添加一定量的聚醚醇peo1，得到非常易于水分散的水性聚氨酯固化剂，其在多异氰酸酯分子上引入亲水聚醚提高了聚氨酯固化剂的亲水性，上述专利皆用亲水物质改性多异氰酸酯，增加了水分与聚合物涂膜的亲和性，增加了水分离开聚合物膜的难度，延长涂膜的表干时间，但这种方式由于引入了分子量较大的亲水聚醚，具有很强的塑性作用，但降低了涂膜的物理机械性能。

3、因此，目前市场上迫切地需要提供一种刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯固化剂，来满足高性能水性木器涂料和地坪涂料的要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯及其制备方法，针对现有技术的不足，先将苯环或环己基等刚性结构引入到芳香族多异氰酸酯分子结构上，制备刚性结构聚合物，再将刚性结构聚合物添加到水性双组分聚氨酯固化剂中，提高以其制备得到的水性双组份涂料的涂膜的干燥速度。

2、为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

3、本发明涉及一种刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的制备方法，其包括以下制备步骤：

4、a.刚性结构聚合物的制备：

5、将芳香族多异氰酸酯与含有刚性结构的羟基或者氨基化合物在50℃-90℃下反应1-4h，至体系nco含量达到理论值，加入占刚性结构聚合物总质量百分比为0.2-0.5％的阻聚剂，降温至室温出料，制备得到刚性结构聚合物；

6、b.刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的制备：

7、将步骤a中制备得到的刚性结构聚合物按照10％-50％的质量百分比混入水性多异氰酸酯中制成刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯；

8、所述的芳香族多异氰酸酯为：

9、甲苯二异氰酸酯三聚体(tdi三聚体)、甲苯二异氰酸酯、三羟甲基丙烷的加成物(tdi-tmp)、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体(mdi三聚体)中的一种；

10、所述的含有刚性结构的羟基或氨基化合物为：

11、环己醇、苯甲醇、2-苯乙醇、苯乙醇、二苯甲醇、三苯甲醇、环己胺、苯胺中的一种；

12、所述的含有刚性结构的羟基或者氨基化合物的质量百分比添加量为1.0-10％。

13、所述的水性多异氰酸酯为：亲水改性的hdi三聚体；

14、本发明的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的制备方法的进一步优化为：

15、所述的水性多异氰酸酯为：亲水改性的hdi三聚体，为科思创公司的n3900，bayhydur 2655、bayhydur 3100、bayhydur 2487、嘉宝莉公司的g610、万华的aquolin 163、aquolin 166和aquolin 269中的一种。

16、本发明的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的制备方法的进一步优化为：

17、所述的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的固含量为60-100wt％，nco质量百分比含量为10-22％，25℃的粘度为1500-6500mpa·s，外观为无色透明或者淡黄色透明的粘稠液体。

18、本发明的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的制备方法的进一步优化为：

19、所述的阻聚剂为：对甲苯磺酸甲酯、对苯二酚、苯甲酰氯中的一种或者多种。

20、本发明还涉及一种刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯，其根据前面所述的制备方法制备得到。

21、本发明的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯干燥速度快，测试表干时间与bayhydur quix 306-70基本相当，与普通固化剂相比干燥速度提高10-50min，大大提高了涂膜的干燥速度；涂膜的铅笔硬度也有所提高，可达2h以上。

22、与现有技术相比，利用本发明制备得到的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯配制的双组份涂料具有较快的干燥速度；本发明通过向水性多异氰酸酯中引入刚性结构聚合物，利用其反应活性高、干燥速度快、涂膜硬度高的特点，赋予制备得到水性双组份涂料干燥速度快和涂膜硬度高等特点。

23、利用本发明制备得到的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯配制的水性双组份涂料的干燥速度与传统方法相比可以提高10-50min，其他各项性能与市售固化剂基本相当；由其制得的涂膜平整致密，与传统水性双组份聚氨酯涂料相比具有较高的铅笔硬度，其能满足市场上对于高性能水性木器漆和地坪漆的需求。

24、本发明操作工艺简单，反应条件温和，制备得到的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯与水性羟基树脂复配制备的双组份水性聚氨酯涂料具有干燥速度快、涂膜硬度高等优点。

25、说明书附图

26、图1为实施例1制备的刚性结构聚合物改性水性多异氰酸酯的gpc曲线。