一种水性聚氨酯-硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种水性聚氨酯

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水性涂料
，具体涉及一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]眼镜、浴室镜子、汽车挡风玻璃、温室大棚的聚合物膜、护目镜以及手术用的内窥视镜等这些透明材料，在日常生活中常常会遇到起雾现象。当基材和所处的环境间出现较大的温差，且基材表面的温度低于环境中水蒸气的露点时，会造成水蒸气在基材表面凝结成水滴；水滴的存在会发生光散射、折射现象，这不仅影响了透明材料的透明性，还会给生活、工作和生产带来极大的不便，甚至会导致危险。因此，解决起雾问题是此背景下的一大热点，对于防雾技术的研究也越来越受关注。
[0003]目前，防雾技术主要有两大类，第一类是通过物理方法防雾(如电加热、蚀刻法等)，但因该方法耗能高、造价贵等问题限制了其应用；第二类是通过化学改性基材表面的润湿性来控制其防雾性能，如制备可涂覆至基材表面的亲/疏水性涂料。疏水性防雾涂层是使基材表面上微小液滴融合成大液滴并从基材表面滚落，最终会留下不规则的水痕，从而影响了基材的透光性；相反，亲水性防雾涂层促使微小液滴迅速铺展成均匀且透明的水膜，从而减少了光的散射等问题。因此，开发亲水性防雾涂料是目前防雾
的重点之一。
[0004]传统的防雾剂一般由表面活性剂组成。如专利WO 201677698(国际申请，英)中报道了将阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂结合并涂敷于塑料或玻璃基材表面，以提高基材表面亲水性，从而达到提高其防雾性能的目的。有机高分子聚合物因其分子结构中含有大量的亲水基团，使得涂层具有一定的亲水性，从而达到防雾效果。专利公布号为CN 109666119A的专利报道了通过带有羟基、羧基和磺酸基等基团的丙烯酸单体之间的聚合，得到具有防雾性能的亲水性聚丙烯酸酯涂料，但是该亲水性防雾涂层还需通过添加表面活性剂提高其防雾性能。同样，申请号为JP 2011140589的专利申请报道了由含有磺酸基的乙烯基单体和烷基丙烯酸酯单体为结构单元，聚合组成耐刷洗的亲水性丙烯酸酯涂料，但后续配制中仍需加入表面活性剂增加其防雾性。
[0005]有机高分子聚合物涂层虽有良好的防雾效果，但因表面活性剂的加入只是简单的物理混合，存在不能牢固的附于涂层、稳定性不好及持久性差等问题。再者，防雾涂料所形成的涂层的透明性很少被提及，而在实际应用中，防雾涂层被施加至透明基材上，固化后所得的涂层透明性对基材有直接影响，且不少亲水性防雾涂料的合成是溶剂型，因此开发合成过程绿色环保、挥发性有机物(VOC)含量低的路径也是目前化学工艺的关注点之一。

技术实现思路

[0006]针对防雾涂料的涂层内部结合不牢固、不稳定、持久性差及常含高VOC等问题，本专利技术的目的在于提供一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料及其制备方法和应用。本专利技术先用多羟基封端剂对丙酮法合成的预聚物进行封端，得到端羟基聚氨酯预聚物；接着，与异氰酸
酯基型硅烷偶联剂进行化学键合反应得到末端既有羟基又有硅氧烷的端羟基有机硅
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聚氨酯预聚物；然后将其进行中和乳化得到的水性聚氨酯乳液与硅溶胶、固化剂进行搅拌混合，即得到水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料。本专利技术的水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料不仅具有合成方法简单、绿色环保、涂料稳定性良好及低VOC等优点，而且在高温条件下与固化剂可以形成具有较高透明度和防雾时效较持久的防雾涂层，该涂层在日常生活较温和的环境下具有较好的应用前景。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料及其制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将二异氰酸酯加入到第一类聚多元醇和第二类聚多元醇中，在催化剂作用下进行聚合反应，依次加入羧酸型亲水扩链剂和多羟基封端剂后进行预聚合反应，得到端羟基聚氨酯预聚物；
[0010](2)将异氰酸酯基型硅烷偶联剂添加到端羟基聚氨酯预聚物中进行化学键合反应，得到末端既有羟基又有硅氧烷的端羟基有机硅
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聚氨酯预聚物；
[0011](3)将端羟基有机硅
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聚氨酯预聚物和三乙胺混合进行中和反应，得到聚氨酯预聚物，再与水混合分散，得到水性聚氨酯乳液；
[0012](4)将硅溶胶、固化剂和水性聚氨酯乳液混合，得到水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料。
[0013]步骤(1)中所述第一类聚多元醇为含酯基或碳酸酯基聚多元醇、聚氧化丙烯多元醇和聚四氢呋喃醚多元醇中的至少一种，优选聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚己二酸醇酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇和聚丙二醇中的至少一种；第二类聚多元醇为聚乙二醇。
[0014]优选的，第一类聚多元醇为聚丙二醇(PPG)
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2000、聚碳酸酯二醇(PCDL)
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2000、聚己二酸1，4
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丁二醇酯(PBA)
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2000、聚己二酸己二醇酯二醇(PHA)
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2000、聚己内酯二醇(PCL)
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2000和聚四氢呋喃二醇(PTMG)
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2000中的一种或两种，进一步优选PPG
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2000、PCL
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2000和PHA
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2000中的一种或两种；所述第二类聚多元醇为分子量400～1000的聚乙二醇(PEG)中的一种或两种，进一步优选PEG
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400和PEG
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600中的一种或两种；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的一种或两种，优选IPDI；所述羧酸型亲水扩链剂为二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或者两种，优选二羟甲基丙酸；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或有机铋催化剂，优选二月桂酸二丁基锡；所述多羟基封端剂为季戊四醇和三羟甲基氨基甲烷中的一种或两种，优选季戊四醇。
[0015]所述的第一类聚多元醇与第二类聚多元醇的质量比为60～90∶10～40，优选70～80∶20～30；所述第一类聚多元醇与第二类聚多元醇的质量总和占步骤(3)中聚氨酯预聚物固体质量的50～60％，优选55％。
[0016]所述的羧酸型亲水扩链剂占步骤(3)中聚氨酯预聚物固体质量的1～7％，优选4％；所述二异氰酸酯和多羟基封端剂的加入量使水性聚氨酯体系R值(即NCO/OH)保持在1.00～1.15，优选1.00～1.05。
[0017]所述二异氰酸酯的加入量占步骤(3)中聚氨酯预聚物固体质量的20～35％，优选25～30％。
[0018]步骤(1)所述预聚合反应后视体系黏度加入丙酮进行降黏。所述步骤(1)还加入了
小分子交联剂，其占步骤(3)中聚氨酯预聚物固体质量的0～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，(1)将二异氰酸酯加入到第一类聚多元醇和第二类聚多元醇中，在催化剂作用下进行聚合反应，依次加入羧酸型亲水扩链剂和多羟基封端剂后，进行预聚合反应，得到端羟基聚氨酯预聚物；所述第一类聚多元醇为含酯基或碳酸酯基聚多元醇、聚氧化丙烯多元醇和聚四氢呋喃醚多元醇中的至少一种，第二类聚多元醇为聚乙二醇；(2)将异氰酸酯基型硅烷偶联剂添加到端羟基聚氨酯预聚物中进行化学键合反应，得到末端既有羟基又有硅氧烷的端羟基有机硅
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聚氨酯预聚物；(3)将端羟基有机硅
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聚氨酯预聚物和三乙胺混合进行中和反应，得到聚氨酯预聚物，再与水混合分散，得到水性聚氨酯乳液；(4)将硅溶胶、固化剂和水性聚氨酯乳液混合，得到水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料。2.根据权利要求1所述一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一类聚多元醇为聚丙二醇
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2000、聚碳酸酯二醇
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2000、聚己二酸1,4
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丁二醇酯
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2000、聚己二酸己二醇酯二醇
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2000、聚己内酯二醇
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2000和聚四氢呋喃二醇
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2000中的一种或两种；所述第二类聚多元醇为分子量400～1000的聚乙二醇中的一种或两种；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种；所述羧酸型亲水扩链剂为二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或者两种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或有机铋催化剂；所述多羟基封端剂为季戊四醇和三羟甲基氨基甲烷中的一种或两种。3.根据权利要求1所述一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述异氰酸酯基型硅烷偶联剂为3
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异氰酸丙基三乙氧基硅烷；步骤(4)所述硅溶胶为氨基型硅溶胶；所述固化剂为活性封闭型脂肪族聚异氰酸酯或氨基树脂。4.根据权利要求1或2或3所述一种水性聚氨酯
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硅溶胶防雾涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚合反应为在80～90℃下反应2～2.5h；所述预聚合反应为在80～90℃下反应2～2.5h；步骤(2)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏正斌，颜欢，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：