改性聚氨酯树脂及其制备方法、水性涂料及涂膜制品技术

本发明专利技术提供一种改性聚氨酯树脂及其制备方法、水性涂料及涂膜制品。该改性聚氨酯树脂原料包括多异氰酸酯化合物、聚碳酸酯二元醇化合物、含酸性基团的二元醇化合物、聚乙二醇丙烯酸酯化合物、丙烯酸酯类单体、催化剂、引发剂、中和剂、有机溶剂和水，将特定配比的丙烯酸酯类单体和聚乙二醇丙烯酸酯化合物在引发剂的作用下引入到聚氨酯树脂中，使改性聚氨酯具有优异的水化稳定性和水相容性；且聚乙二醇丙烯酸酯类结构能形成分子内氢键、且进一步与亲水性溶剂形成氢键，进一步提高了改性聚氨酯的储存稳定性；该改性聚氨酯应用于制备涂料时，涂料的贮存稳定性高，同时还能保持优异的抗混层性，形成的涂膜光滑、平整性好。

【技术实现步骤摘要】
改性聚氨酯树脂及其制备方法、水性涂料及涂膜制品
本专利技术涉及水性涂料
，特别是涉及一种改性聚氨酯树脂及其制备方法、水性涂料及涂膜制品。
技术介绍
汽车工业作为国民经济的支柱产业，地位越来越重要，汽车涂装行业也随之发展迅速，但汽车的生产和涂装过程中产生的挥发性强的有毒溶剂(VOC)带来了严重的环境污染问题，因此，能以水作溶剂的水性树脂成为受人关注的焦点。在目前的汽车涂装工艺中，汽车清漆层逐步朝高固含量的方向发展，而清漆中的中涂层和色漆层则朝水性化方向发展。目前既符合环保要求又能够节能的涂装技术就是将汽车的水性中涂层、水性色漆层和清漆层湿喷湿涂装后再一次性烘烤成膜，简称水性3wet的3C1B涂装工艺。水性3wet的3C1B涂装工艺进一步减少了水性中涂层的预烘烤时间，从而缩短了施工时间、降低了施工能耗。但水性3wet的3C1B涂装工艺对涂料树脂的成膜能力和稳定性提出了更高的要求，涂层树脂的稳定性不高，会导致出现混层，从而导致涂膜的平整系数L/S值变大，光泽度下降，甚至会导致涂膜失光。水性聚氨酯因其安全可靠、相容性好等优点而逐渐成为发展水性树脂的重要方向，然而，传统的水性聚氨酯存在相容性较差的问题，在进行水性3wet的3C1B涂装工艺时，会出现混层，且丙烯酸改性聚氨酯又存在着储存稳定性较差等问题。因此，设计研发一种稳定性高、抗混层的丙烯酸改性聚氨酯树脂具有重要意义。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供了一种贮存稳定性高的改性聚氨酯树脂及其制备方法，并进一步提供了水性涂料及涂膜制品。本专利技术的技术方案如下。本专利技术一方面提供了一种改性聚氨酯树脂，按照重量百分比计，所述改性聚氨酯树脂的制备原料包括：多异氰酸酯化合物4％～8％、聚碳酸酯二元醇化合物8％～10％、含酸性基团的二元醇化合物0.2％～1.0％、聚乙二醇丙烯酸酯化合物0.5％～10％、丙烯酸酯类单体7％～31％、催化剂0.01％～0.05％、引发剂0.05％～0.5％、中和剂1％～2％、有机溶剂10％～18％和水44.0％～54.0％。在其中一些实施例中，按照重量百分比计，所述改性聚氨酯树脂的制备原料包括：多异氰酸酯化合物5％～8％、聚碳酸酯二元醇化合物8％～10％、含酸性基团的二元醇化合物0.2％～1.0％、聚乙二醇丙烯酸酯化合物4％～10％、丙烯酸酯类单体7％～25％、催化剂0.01％～0.05％、引发剂0.05％～0.5％、中和剂1.2％～1.7％、有机溶剂10％～18％和水44.0％～54.0％。在其中一些实施例中，所述聚乙二醇丙烯酸酯化合物具有如式(Ⅰ)所示的结构：其中，R1选自碳原子数为1～4的烷基中的任意一种；R2选自甲基或氢原子，n选自1～500的整数。在其中一些实施例中，所述改性聚氨酯树脂的固含量为35wt％～45wt％，粘度为10mpa·s～500mpa·s，pH值为6.0～8.0，重均分子量为60000～150000，酸值为10mgKOH/g～40mgKOH/g。在其中一些实施例中，所述聚碳酸酯二元醇化合物选自重均分子量为500～4000的聚碳酸酯二元醇；所述多异氰酸酯化合物选自脂环族二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯中的至少一种。在其中一些实施例中，所述含酸性基团的二元醇化合物中的酸性基团为羧基。在其中一些实施例中，所述催化剂为有机金属催化剂；所述引发剂选自过氧化合物引发剂或偶氮化合物引发剂；所述中和剂选自小分子胺类化合物。在其中一些实施例中，所述丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸磷酸酯、甲基丙烯酸磷酸酯、丙烯酸和甲基丙烯酸酸中的至少一种。本专利技术另一方面提供了一种改性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：提供以下重量百分比的原料：多异氰酸酯化合物4.2％～7.6％、聚碳酸酯二元醇化合物8％～10％、含酸性基团的二元醇化合物0.2％～1.0％、聚乙二醇丙烯酸酯化合物0.5％～10％、丙烯酸酯类单体7.45％～30.84％、催化剂0.01％～0.05％、引发剂0.05％～0.5％、中和剂1.2％～1.7％、有机溶剂10％～18％和水44.0％～54.0％；将所述多异氰酸酯化合物、所述聚碳酸酯二元醇化合物和部分所述有机溶剂混合，进行预聚反应，得到预聚体；将所述预聚体和所述催化剂混合，经第一阶段反应后，加入所述含酸性基团的二元醇化合物、部分所述丙烯酸酯类单体，经第二阶段反应后，得到聚氨酯预聚物；将所述聚乙二醇丙烯酸酯化合物、剩余部分所述丙烯酸酯类单体和所述引发剂同时滴入上述聚氨酯预聚物和剩余部分所述有机溶剂的混合物中，经第三阶段反应后加入中和剂，中和反应后加入所述水，乳化得到所述改性聚氨酯树脂。在其中一些实施例中，所述第一阶段反应的条件为：70℃～90℃下反应1h～4h；和/或所述第二阶段反应的条件为：70℃～100℃下反应2h～4h；和/或所述第三阶段反应的条件为：70℃～100℃下反应1h～3h。本专利技术还提供了如上任一种改性聚氨酯树脂或如上任一种制备方法制得的水性聚氨酯树脂在制备涂料中的应用。本专利技术还提供了一种水性涂料，所述涂料含有如上任一种改性聚氨酯树脂或如上任一种制备方法制得的水性聚氨酯树脂。本专利技术进一步提供了一种涂膜制品，所述涂膜制品含有如上述的水性涂料形成的涂膜。有益效果1.上述改性聚氨酯树脂的原料包括多异氰酸酯化合物、聚碳酸酯二元醇化合物、含酸性基团的二元醇化合物、聚乙二醇丙烯酸酯化合物、丙烯酸酯类单体、催化剂、引发剂、中和剂、有机溶剂和水；其中，通过异氰酸酯化合物、聚碳酸酯二元醇在催化剂的作用下形成聚氨酯树脂，并将特定配比的丙烯酸酯类单体和聚乙二醇丙烯酸酯化合物在引发剂的作用下引入到聚氨酯树脂中，使聚氨酯树脂具有亲水链段的结构，该结构具有优异的水化稳定性和水相容性；且，改性聚氨酯分子在水中与聚乙二醇丙烯酸酯类结构能形成分子内氢键、且进一步与亲水性溶剂形成氢键，进一步改善了改性聚氨酯的储存稳定性，该改性聚氨酯应用于制备涂料时，涂料贮存稳定性高，同时还能保持优异的抗混层性。2.上述改性聚氨酯树脂的制备方法中，首先通过特定质量份数的多异氰酸酯化合物、聚碳酸酯二元醇化合物、含酸性基团的二元醇化合物和部分丙烯酸酯类单体在催化剂的作用下形成高分子量的聚氨酯预聚物，然后将聚氨酯预聚物、聚乙二醇丙烯酸酯化合物、剩余部分丙烯酸酯类单体在引发剂的作用下反应并经中和剂中和，得到稳定性高的改性聚氨酯树脂。3.上述涂料包括上述的改性聚氨酯树脂，该改性聚氨酯树脂能提高涂料的贮存稳定性，且改性聚氨酯树脂能在水性溶剂中分散均匀，能避免涂料在贮存和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性聚氨酯树脂，其特征在于，按照重量百分比计，所述改性聚氨酯树脂的制备原料包括：多异氰酸酯化合物4％～8％、聚碳酸酯二元醇化合物8％～10％、含酸性基团的二元醇化合物0.2％～1.0％、聚乙二醇丙烯酸酯化合物0.5％～10％、丙烯酸酯类单体7％～31％、催化剂0.01％～0.05％、引发剂0.05％～0.5％、中和剂1％～2％、有机溶剂10％～18％和水44.0％～54.0％。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性聚氨酯树脂，其特征在于，按照重量百分比计，所述改性聚氨酯树脂的制备原料包括：多异氰酸酯化合物4％～8％、聚碳酸酯二元醇化合物8％～10％、含酸性基团的二元醇化合物0.2％～1.0％、聚乙二醇丙烯酸酯化合物0.5％～10％、丙烯酸酯类单体7％～31％、催化剂0.01％～0.05％、引发剂0.05％～0.5％、中和剂1％～2％、有机溶剂10％～18％和水44.0％～54.0％。


2.如权利要求1所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，按照重量百分比计，所述改性聚氨酯树脂的制备原料包括：多异氰酸酯化合物5％～8％、聚碳酸酯二元醇化合物8％～10％、含酸性基团的二元醇化合物0.2％～1.0％、聚乙二醇丙烯酸酯化合物4％～10％、丙烯酸酯类单体7％～25％、催化剂0.01％～0.05％、引发剂0.05％～0.5％、中和剂1.2％～1.7％、有机溶剂10％～18％和水44.0％～54.0％。


3.如权利要求1所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，所述聚乙二醇丙烯酸酯化合物具有如式(Ⅰ)所示的结构：



其中，R1选自碳原子数为1～4的烷基中的任意一种；R2选自甲基或氢原子，n选自1～500的整数。


4.如权利要求1所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，所述改性聚氨酯树脂的固含量为35wt％～45wt％，粘度为10mpa·s～500mpa·s，pH值为6.0～8.0，重均分子量为60000～150000，酸值为10mgKOH/g～40mgKOH/g。


5.如权利要求1至4任一项所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，所述聚碳酸酯二元醇化合物选自重均分子量为500～4000的聚碳酸酯二元醇；所述多异氰酸酯化合物选自脂环族二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯中的至少一种。


6.如权利要求1至4任一项所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，所述含酸性基团的二元醇化合物中的酸性基团为羧基。


7.如权利要求1至4任一项所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，所述催化剂为有机金属催化剂；所述引发剂选自过氧化合物引发剂或偶氮化合物引发剂；所述中和剂选自小分子胺类化合物。


8.如权利要求1至4任一项所述的改性聚氨酯树脂，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸异...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹扬锋，杨鹏飞，张杰，黄鹂，胡启明，董军胜，
申请(专利权)人：湖南湘江关西涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43