一种水性聚氨酯树脂、涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种水性聚氨酯树脂、涂料及其制备方法，将饱和聚酯多元醇、(甲基)丙烯酸酯等与多异氰酸酯、溶剂混合后反应，再加入扩链剂、助溶剂、改性扩链剂及自由基引发剂、乙烯基聚硅氧烷进行反应，进行中和、降温，加水进行分散乳化，再进行扩链反应，得到水性聚氨酯树脂。本发明专利技术的水性聚氨酯树脂结合聚氨酯的高硬度、高回弹柔韧性与乙烯基聚硅氧烷的耐温性、高透光率、耐磨性等，树脂接枝率高、乳液稳定性好，且漆膜具有优异的光泽度、硬度和耐热性。

A kind of waterborne polyurethane resin, coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯树脂、涂料及其制备方法
本专利技术涉及一种水性聚氨酯树脂，由其配制成水性聚氨酯涂料，具有良好的光泽度及耐热性能。技术背景水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的高分子材料，具有成膜性好，粘接强度大，光泽度高，抗腐蚀性强，力学性能优异，环保等优点，是取代溶剂型聚氨酯的必然趋势。但是，目前木材防护用水性聚氨酯透明清漆普遍存在着耐热性低、活化温度高的问题。单一水性聚氨酯材料由于分子结构中氨基甲酸酯的特点，耐热温度通常在80℃以下，达不到家具木材、包括茶几木材用清漆的耐干热要求。通过调整软硬段比例可以调整其耐热温度，但由此获得的高耐热性产品其活化温度也高，因而在使用时必须添加固化剂，以提高树脂的交联密度，但漆膜的回弹柔韧性下降了，将盛满开水的玻璃杯或一次性纸杯放置于其漆膜涂层上，待开水冷却后移开水杯，涂层上同样会留下不可复原的凹痕，无法满足应用要求。因此，研究合成高硬度、高柔韧回弹性且耐热性高的水性聚氨酯高性能家具水性漆，现已成为许多研究者的研究热点。专利CN201110028348.8中公开一种单组分高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，用纳米二氧化硅改性水性聚氨酯，制备得到单组分耐热温度能达到160℃以上的胶粘剂，但在制备过程中纳米二氧化硅很难溶解与分散均匀，且在固化成膜过程中影响漆膜的通透性，在应用中存在局限性。专利CN101633828A中公开一种高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，通过引入硅烷偶联剂进行二次扩链，以及复配功能性聚乙烯醇，得到高耐热性水性聚氨酯胶粘剂，但聚乙烯醇偏软，不适用于对硬度、抗划伤等性能要求比较高的木器漆。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种水性聚氨酯树脂、涂料及其制备方法，结合聚氨酯的高硬度、高回弹柔韧性与乙烯基聚硅氧烷的耐温性、高透光率、耐磨性等，制备的水性聚氨酯树脂接枝率高、乳液稳定性好，放置长达6个月无漂油、凝胶、相分离等现象，且漆膜固化后硬度提高快，无‘油窝’现象，具有优异的光泽度、硬度、柔韧回弹性和耐热性。本专利技术的技术方案如下：一种水性聚氨酯树脂，其制备方法包括以下步骤：将不饱和聚酯多元醇、饱和聚酯多元醇、(甲基)丙烯酸酯与多异氰酸酯、溶剂混合后进行反应，再加入扩链剂、助溶剂、改性扩链剂及自由基引发剂，升温后加入乙烯基聚硅氧烷进行反应，反应完成后进行中和、降温，加水进行分散乳化，再加入扩链剂2进行二次反应，反应完成后除掉溶剂，得到水性聚氨酯树脂；所述改性扩链剂由含环氧基的烯基化合物与羟基羧酸反应得到。所述不饱和聚酯多元醇是由不饱和多元酸与多元醇通过酯化、缩聚反应制备得到，或者由不饱和多元酸与不饱和多元醇通过酯化、缩聚反应制备得到，或者由饱和多元酸与不饱和多元醇通过酯化、缩聚反应制备得到，包括不饱和脂肪族聚酯多元醇，其制备方法是现有技术。优选的，不饱和聚酯多元醇由不饱和多元酸与多元醇通过酯化、缩聚反应制备得到，所述不饱和多元酸与多元醇的摩尔比为1：(1.2-1.5)，所述不饱和多元酸为衣康酸、反丁烯二酸、戊烯二酸或顺丁烯二酸酐；所述多元醇优选为新戊二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种，制备方法可参照文献：王传兴，徐勤虹，杨明等，聚衣康酸丁二醇酯的合成[J],石油化工高等学校学报，2017年第30卷第2期(7-11)。具体的，不饱和聚酯多元醇的制备方法可为:将不饱和多元酸与多元醇、催化剂、阻聚剂混合后升温进行酯化反应，再在抽真空条件下升温进行缩聚反应，得到不饱和聚酯多元醇；所述催化剂包括氯化亚锡，所述阻聚剂优选对苯二酚；所述酯化反应的温度为140-160℃，时间为1-5小时；所述缩聚反应的温度为170-180℃,反应时间为2-3小时。优选的，所述不饱和聚酯多元醇的数均分子量为2000-3000，羟值为40-80mgKOH/g，所述羟值的测试参照GB/T7193-2003进行。所述饱和聚酯多元醇是由有机二元羧酸或二元酸酐与多元醇通过缩合酯化(或酯交换)反应得到，或由内酯与多元醇聚合得到，所述饱和聚酯多元醇包括饱和脂肪族聚酯多元醇、芳香族聚酯多元醇等，具体的，所述有机二元羧酸或二元酸酐优选为己二酸、苯二甲酸或苯二甲酸酐；所述多元醇优选为新戊二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种。优选的，所述饱和聚酯多元醇的数均分子量为1000-2500，羟值为45-90mgKOH/g。为了减少副反应的发生，需要对不饱和聚酯多元醇以及饱和聚酯多元醇等原料进行除水处理，是本领域的常规操作。所述(甲基)丙烯酸酯是分子结构中具有一个以上(甲基)丙烯酸酯基的化合物，优选具有分子结构中具有两个以上(甲基)丙烯酸酯基的化合物，具体选自聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三缩四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二缩三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯中的一种或几种。进一步优选的，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的数均分子量为200-1000.本专利技术中(甲基)丙烯酸酯的含义是甲基丙烯酸酯和/或丙烯酸酯，是本
通用的描述。优选的，所述(甲基)丙烯酸酯与多异氰酸酯的质量比为(3～7)：(12～25)。所述多异氰酸酯是分子中具有两个或两个以上异氰酸酯基的化合物，具体可选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)。所述NCO含量的测定参照GB/T29493.6-2013。优选的，所述不饱和聚酯多元醇：饱和聚酯多元醇：多异氰酸酯的质量比为(5～10)：(8～15)：(12-25)。优选的，所述将不饱和聚酯多元醇、饱和聚酯多元醇、(甲基)丙烯酸酯与多异氰酸酯、溶剂混合后进行反应是反应至NCO含量为2.0g～4.0g/100g，反应的温度为65～75℃。所述溶剂包括丙酮，优选的，多异氰酸酯与溶剂的重量比为(3～4)：(0.5～1.5)。所述水性聚氨酯树脂的制备方法中，所述助溶剂没有特殊限制，可以为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮或丁酮。优选的，所述助溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮，所述助溶剂的质量为扩链剂质量的1.5-2.5倍。所述扩链剂没有特殊限制，优选为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、乙二氨基乙磺酸钠、N-甲基二乙醇胺中的一种或几种。所述改性扩链剂由含环氧基的烯基化合物与羟基羧酸经开环反应制备得到，所述烯基是可以进行自由基聚合反应的基团，包括乙烯基、烯丙基，优选的，所述含环氧基的烯基化合物为2-乙烯基环氧乙烷、1,2-环氧-9-葵烯、1,2-环氧基-5-己烯、烯丙基缩水甘油醚、4-乙烯基芐基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，由包括以下步骤的方法制备：/n将不饱和聚酯多元醇、饱和聚酯多元醇、(甲基)丙烯酸酯与多异氰酸酯、溶剂混合后进行反应，再加入扩链剂、助溶剂、改性扩链剂及自由基引发剂，升温后加入乙烯基聚硅氧烷进行反应，反应完成后进行中和、降温，加水进行分散乳化，再加入扩链剂2进行二次反应，反应完成后除掉溶剂，得到水性聚氨酯树脂；所述改性扩链剂由含环氧基的烯基化合物与羟基羧酸反应得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，由包括以下步骤的方法制备：
将不饱和聚酯多元醇、饱和聚酯多元醇、(甲基)丙烯酸酯与多异氰酸酯、溶剂混合后进行反应，再加入扩链剂、助溶剂、改性扩链剂及自由基引发剂，升温后加入乙烯基聚硅氧烷进行反应，反应完成后进行中和、降温，加水进行分散乳化，再加入扩链剂2进行二次反应，反应完成后除掉溶剂，得到水性聚氨酯树脂；所述改性扩链剂由含环氧基的烯基化合物与羟基羧酸反应得到。


2.如权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述不饱和聚酯多元醇由不饱和多元酸与多元醇反应制备得到，所述不饱和多元酸为衣康酸、反丁烯二酸、戊烯二酸或顺丁烯二酸酐；所述多元醇优选为新戊二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种，所述不饱和多元酸与多元醇的摩尔比为1：(1.2-1.5)。


3.如权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述不饱和聚酯多元醇：饱和聚酯多元醇：多异氰酸酯的质量比为(5～10)：(8～15)：(12-25)。


4.如权利要求3所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯与多异氰酸酯的质量比为(3～7)：(12～25)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐建振，余栋才，吴光飞，彭派潜，
申请(专利权)人：惠州市安品新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44