一种有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法，包括以下具体步骤：首先将聚酯多元醇Novomer真空脱水，滴加二异氰酸酯，反应得到聚氨酯预聚体I；然后把多羟基羧酸加入到聚氨酯预聚体I中，再滴加二元醇单体，反应得到聚氨酯预聚体；再把三羟甲基丙烷加入到聚氨酯预聚体中，反应得到聚氨酯预聚物；往聚氨酯预聚物中加入有机胺进行成盐反应，再加硅烷偶联剂，再加入去离子水，再加二元胺扩链、搅拌，乳化得到高硬度有机硅改性水性聚氨酯树脂，本发明专利技术的优点在于，该有机硅改性水性聚氨酯树脂的硬度达3H，附着力佳，稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种树脂合成方法，具体涉及一种有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法。
技术介绍
在涂料的应用领域里，由于聚氨酯树脂具有优异的化学性质和较全面的机械物理性能，固化后其涂膜具有良好的耐磨性和化学品性，常用于金属防腐、汽车涂装、飞机蒙皮、地板漆、路标漆等。但是，大多数聚氨酯涂料含有较多的有机溶剂和一定数量的游离异氰酸酯，因此在施工和应用过程中影响了环境和人们的健康。水性聚氨酯是以水为分散介质，与溶剂型聚氨酯相比，具有不燃、气味小、无毒、无污染、节能、操作方便等优点，已广泛用做皮革涂饰剂、纺织助剂、造纸工业助剂、涂料和粘合剂等，而且应用领域还在不断扩大。目前单组份水性聚氨酯树脂的合成普遍存在干燥后成膜的硬度偏低，低于1H或勉强达到1H，达到2H的市场上几乎没有，并且高硬度会影响树脂在基材上的附着力。有些塑胶漆、木器漆、金属漆等用的水性聚氨酯树脂要求漆膜硬度2H或以上，双组份水性聚氨酯树脂的硬度可以满足要求，但是需要现配现用，使用周期短，用不完就浪费了，很不方便，所以有必要开发一款单组份高硬度水性聚氨酯树脂，同时兼顾对基材的附着力。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种不仅制备方法简单，而且硬度高、附着力强、稳定性好的有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法。本专利技术的技术方案是：一种有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法，包括以下具体步骤：步骤1)将聚酯多元醇Novomer加入反应容器，真空脱水后，将反应容器内温度控制在80～90℃，然后在搅拌状态下向反应容器中滴加二异氰酸酯，其中二异氰酸酯与聚酯多元醇Novomer的摩尔比为2～4:1，滴加完毕后在80～90℃反应2～3小时，得到聚氨酯预聚体I；步骤2)将步骤1)得到的聚氨酯预聚体I降温到60℃以下，将干燥的多羟基羧酸直接加入或溶解在N-甲基吡咯烷酮中加入到反应容器，然后向反应容器中滴加二元醇单体，滴加时间0.5～1小时，滴加完毕后，再升温到70～80℃，反应2.5～3.5小时，反应过程中加入稀释剂，反应结束后得到含亲水基团的聚氨酯预聚体II；步骤3)将步骤2)得到的聚氨酯预聚体II降温到65℃以下，加入三羟甲基丙烷，温度控制在65～70℃，反应1～1.5小时，得到聚氨酯预聚物；步骤4)将步骤3)得到的聚氨酯预聚物降温到50℃以下，在搅拌状态下加入有机胺中和成盐，有机胺与多羟基羧酸摩尔比为1:1，再加入硅烷偶联剂，搅拌反应30～60mins，再加入去离子水，之后再加二元胺，搅拌30～60mins，乳化得到固含量为30～45％的有机硅改性水性聚氨酯树脂。作为优选的技术方案，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、环戊二异氰酸酯或氢化苯基甲烷二异氰酸酯。作为优选的技术方案，所述二异氰酸酯与羟基总量的摩尔比1.1～1.8:1，其中羟基来自聚酯多元醇Novomer、二元醇、多羟基羧酸、三羟甲基丙烷。作为优选的技术方案，所述聚酯多元醇Novomer的分子量为1000～2000。作为优选的技术方案，所述多羟基羧酸选自二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸，其中多羟基羧酸中的羧基占二异氰酸酯、聚酯多元醇Novomer、二元醇单体、三羟甲基丙烷、二元胺、硅烷偶联剂总重的质量百分比为2～7％。作为优选的技术方案，所述二元醇单体选自1，4-丁二醇、1,3-丁二醇、一缩二乙二醇、丙二醇、甲基丙二醇、1，6-己二醇或新戊二醇。作为优选的技术方案，所述有机胺选自三乙胺或N,N-二甲基乙醇胺。作为优选的技术方案，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH602或KH792。作为优选的技术方案，所述二元胺选自乙二胺、己二胺或异佛尔酮二胺。本专利技术的优点是：1.本专利技术通过控制反应物料的配比、反应时间、加料顺序及反应单体的选择，使有机硅改性水性聚氨酯树脂具有极高的硬度和很好的附着力，储存稳定性好，储存期一年以上，具体优点如下：(1)通过控制主原料的加料顺序和加料方法，即第一步采用二异氰酸酯滴加聚酯多元醇Novomer的方法，保证反应过程中聚酯多元醇Novomer过量，并以此来控制产物的分子结构，第二步引入亲水基团羧基和扩链剂二元醇，其中二元醇的滴加时间控制在0.5～1小时，以防止二元醇与二异氰酸酯基团反应剧烈引起的温度骤升，第三步引入内交联剂三羟甲基丙烷，可根据需要在反应液中加入适量稀释剂(丙酮)，以防止反应液粘度升高搅拌不均，甚至爬杆凝胶；得到分子结构控制较好，综合性能优异的产品，且生产工艺成熟稳定；(2)通过选择聚酯多元醇Novomer来作为聚氨酯分子主链，得到产物的硬度比较高；(3)通过控制羧基含量以及羧基在分子主链上的分布，使合成的树脂可以均匀的分散于水中，并能长时间存储；(4)通过控制加入二元醇单体的量，在其他主原料配比不变的情况下，调节有机硅的含量到指定范围，从而提高产品的附着力；(5)通过控制聚酯多元醇Novomer与二异氰酸酯的配比，调节分子链中软链段和硬链段的配比，使合成的树脂满足高硬度的同时，又能有些柔韧性；(6)通过控制各个阶段的反应温度和时间，合成工艺稳定，树脂性能稳定；(7)通过加入有机胺中和成盐反应，使产品具有极佳的水溶性；(8)在加去离子水后用二元胺扩链，以防止胺与异氰酸根反应剧烈导致粘度骤升，爬杆凝胶；最终树脂外观为半透明淡蓝色乳液；固含量在30～45％；水溶性很好，可用水稀释；最终成膜硬度达3H，且附着力佳，为0级；储存稳定性好，5～30℃储存时间大于1年。具体实施方式实施例1：按以下步骤制备单组份高硬度有机硅改性水性聚氨酯树脂：配备原料：原料用量(％重量)2,4-甲苯二异氰酸酯32.8聚酯多元醇Novomer(分子量1000)43.5二羟甲基丙酸5.9甲基丙二醇3.4三羟甲基丙烷4.9三乙胺4.5KH5505另配备适量的水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮；聚酯多元醇Novomer分子量约为1000，羧基含量约为3％，有机硅含量约为1％，摩尔配比如下：2,4-甲苯二异氰酸酯：聚酯多元醇Novomer：二羟甲基丙酸：甲基丙二醇：三羟甲基丙烷：三乙胺：KH550约为3.8:1.0:1.0:0.8:1.2:1.0:1.3。制得的树脂外观为半透明微黄色乳液，固含量在36％左右，乳液稳定性良好，硬度3H，附着力0级。实施例2按以下步骤制备单组份高硬度有机硅改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1）将聚酯多元醇Novomer加入反应容器，真空脱水后，将反应容器内温度控制在80~90℃，然后在搅拌状态下向反应容器中滴加二异氰酸酯，其中二异氰酸酯与聚酯多元醇Novomer的摩尔比为2~4:1，滴加完毕后在80~90℃反应2~3小时，得到聚氨酯预聚体I；步骤2）将步骤1）得到的聚氨酯预聚体I降温到60℃以下，将干燥的多羟基羧酸直接加入或溶解在N‑甲基吡咯烷酮中加入到反应容器，然后向反应容器中滴加二元醇单体，滴加时间0.5~1小时，滴加完毕后，再升温到70~80℃，反应2.5~3.5小时，反应过程中加入稀释剂，反应结束后得到含亲水基团的聚氨酯预聚体；步骤3）将步骤2）得到的聚氨酯预聚体降温到65℃以下，加入三羟甲基丙烷，温度控制在65~70℃，反应1~1.5小时，得到聚氨酯预聚物；步骤4）将步骤3）得到的聚氨酯预聚物降温到50℃以下，在搅拌状态下加入有机胺中和成盐，有机胺与多羟基羧酸摩尔比为1:1，再加入硅烷偶联剂，搅拌反应30~60mins，再加入去离子水，之后再加二元胺，搅拌30~60mins，乳化得到固含量为30~45%的有机硅改性水性聚氨酯树脂。...

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1）将聚酯多元醇Novomer加入反应容器，真空脱水后，将反应容器内温度控制在80
~90℃，然后在搅拌状态下向反应容器中滴加二异氰酸酯，其中二异氰酸酯与聚酯多元醇
Novomer的摩尔比为2~4:1，滴加完毕后在80~90℃反应2~3小时，得到聚氨酯预聚体I；
步骤2）将步骤1）得到的聚氨酯预聚体I降温到60℃以下，将干燥的多羟基羧酸直接加
入或溶解在N-甲基吡咯烷酮中加入到反应容器，然后向反应容器中滴加二元醇单体，滴加
时间0.5~1小时，滴加完毕后，再升温到70~80℃，反应2.5~3.5小时，反应过程中加入稀释
剂，反应结束后得到含亲水基团的聚氨酯预聚体；
步骤3）将步骤2）得到的聚氨酯预聚体降温到65℃以下，加入三羟甲基丙烷，温度控制
在65~70℃，反应1~1.5小时，得到聚氨酯预聚物；
步骤4）将步骤3）得到的聚氨酯预聚物降温到50℃以下，在搅拌状态下加入有机胺中和
成盐，有机胺与多羟基羧酸摩尔比为1:1，再加入硅烷偶联剂，搅拌反应30~60mins，再加入
去离子水，之后再加二元胺，搅拌30~60mins，乳化得到固含量为30~45%的有机硅改性水性
聚氨酯树脂。
2.根据权利要求1所述的有机硅改性水性聚氨酯树脂的合成方法，其特征在于，所述二
异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈重光，万江，黄星，
申请(专利权)人：同光江苏信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32