一种改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物制造技术

本发明专利技术公开了一种改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物，所述组合物由六亚甲基二异氰酸酯反应得到包含异氰脲酸酯结构和亚氨基噁二嗪二酮基结构，所述多异氰酸酯组合物中硫元素含量为1

【技术实现步骤摘要】
一种改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物


[0001]本专利技术涉及一种多异氰酸酯组合物，尤其涉及一种改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物。

技术介绍

[0002]脂肪族二异氰酸酯单体，比如六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，经过聚合制备的多异氰酸酯，己被广泛应用于聚氨酯涂料或胶黏剂的固化剂。
[0003]目前水性涂料应用越来越光，开发能够直接应用于水分散体系的多异氰酸酯组合物受到越来越多的重视。
[0004]现有公开技术报道，为获得低粘的多异氰酸酯组合物，控制多异氰酸酯组合物中的亚氨基噁二嗪二酮的含量，可获得低粘的多异氰酸酯组合物，可以直接用作水性涂料固化剂。例如公开专利US5914383A、CN1243124A、CN1757639A、US6107484A和EP3444288A1描述了此类多异氰酸酯组合物的制备。
[0005]然而，在水性涂料的实际下游应用中，需要将固化剂和多元醇分散在水中进行使用，而固化剂的分散性会直接影响到水性涂料漆膜的性能。目前的低粘多异氰酸酯组合物水中分散时经常发生团聚现象，水中分散性太差，进而影响了下游的使用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有明显改善的水分散性的低粘多异氰酸酯组合物。
[0007]本专利技术人针对上述问题进行了研究，发现在含有硫的异氰脲酸酯基或/和亚氨基噁二嗪二酮基存在情况下，低粘多异氰酸酯组合物在水中的分散性明显改善。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物，由六亚甲基二异氰酸酯反应得到包含异氰脲酸酯结构和亚氨基噁二嗪二酮基结构，其特征在于，所述多异氰酸酯组合物中硫元素含量为1
‑
200ppm，例如可以是10ppm、20ppm、30ppm、40ppm、50ppm、60ppm、70ppm、80ppm、90ppm、100ppm、110ppm、120ppm、130ppm、140ppm、150ppm、160ppm、170ppm、180ppm、190ppm、200ppm等，优选10
‑
150ppm，更优选25
‑
100ppm。
[0010]在一个优选地实施方案中，所述多异氰酸酯组合物中，含硫化合物包含如下式Ⅰ和/或式II所示的结构；
[0011][0012]式I中，X为式III所示基团；
[0013]式II中，R1
’
、R2
’
、R3
’
中一个为式III所示基团，其余为
‑
NCO基团；
[0014][0015]式III中，R为碳原子数C1～12的烷基。
[0016]在一个优选地实施方案中，式Ⅰ和/或式II结构的质量与多异氰酸酯组合物中异氰脲酸酯结构的质量比为50
‑
15000ppm，例如可以是60ppm、80ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、1000ppm、1100ppm、1200ppm、1300ppm、1400ppm、1500ppm等。
[0017]所述多异氰酸酯组合物除包含上述式I、式II所示结构以外，还包含以下式IV所示的异氰脲酸酯结构、式V所示的亚氨基噁二嗪二酮结构、式VI所示的脲二酮结构、式VII所示的脲基甲酸酯结构等。
[0018][0019]式IV所示的异氰脲酸酯结构是由3个NCO基团的C＝N双键打开后聚合而成的六元环结构，具有良好的耐热稳定性，其含量越高，多异氰酸酯组合物的的粘度越高。
[0020][0021]式V所示的亚氨基噁二嗪二酮结构也是由3个NCO基团聚合而成的六元环，但是由2个NCO基团的C＝N双键和一个NCO基团的C＝O双键聚合而成，此结构物质粘度低于异氰脲酸酯结构，其含量越高，多异氰酸酯组合物的粘度越小。
[0022]在一个优选地实施方案中，所述亚氨基噁二嗪二酮结构与异氰脲酸酯结构的摩尔比为(0.5
‑
1)：1，例如可以是0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1等，优选为(0.7
‑
0.9)：1。此摩尔比在下限值以上时，产品组合物粘度合适，利于在水中分散；而在上限值以下时耐热性提高。
[0023][0024]式VI所示的脲二酮结构由2个NCO基团聚合而成的四元环结构，在本专利技术的催化剂作用下也会生成，在一个优选地实施方案中，所述脲二酮结构与异氰脲酸酯结构的摩尔比为(0.01
‑
0.2)：1，例如可以是0.02:1、0.05:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.1:1、0.13:1、0.15:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1等，优选为(0.05
‑
0.15)：1。
[0025]此摩尔比在下限值以上时，所得异氰酸酯组合物用于多层涂膜的上层时，对下层的渗入性好，涂膜耐溶剂性能好；而在上限值以下时，涂膜的交联性好且硬度高。
[0026][0027]式VII所示的脲基甲酸酯机构由2个NCO基团与一个OH基团聚合而成，在本专利技术的催化剂作用下也会生成。在一个优选地实施方案中，所述脲基甲酸酯结构与异氰脲酸酯结构的摩尔比为(0.01
‑
0.1)：1，例如可以是0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1等，优选为(0.01
‑
0.05)：1。
[0028]此摩尔比在下限值以上，可使多异氰酸酯组合物与低极性溶剂之间相容性好，比如脂肪族或脂环族的烃类溶剂；此摩尔比在上限值以下，可使涂膜的交联性更好。
[0029]关于异氰脲酸酯、亚氨基噁二嗪二酮、脲二酮和脲基甲酸酯结构的比例可以通过实施例中的方法进行测定。
[0030]本专利技术的多异氰酸酯组合物，从增强水分散性的观点出发，优选硫元素含量为1
‑
200ppm，作为其理由尚未确定，但推测如下：通过使硫成分以特定的结构存在，会促进异氰酸酯组合物与水的相容性。
[0031]当硫元素含量低于1ppm时，组合物的水分散性较差，表现为在水中分散的颗粒粒径较大，因此硫元素含量的下限值优选10ppm，再优选25ppm；
[0032]当硫元素含量超过200ppm时，组合物的色号耐热型下降，因此硫元素含量的上限值优选150ppm，再优选100ppm。
[0033]作为将硫含量控制在上述范围内的方法没有特别限定，例如可以举出：将酸性硫化物作为聚合催化剂的终止剂加入后再加热处理，或者作为助剂在组合物的制造工序中加入，或在反应前的异氰酸酯单体中添加再加热处理等，所述酸性硫化物比如碳原子数C1～12的烷基苯磺酸，优选对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸。
[0034]在一个优选地实施方案中，所述多异氰酸酯组合物在25℃下的粘度为500本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物，由六亚甲基二异氰酸酯反应得到包含异氰脲酸酯结构和亚氨基噁二嗪二酮基结构，其特征在于，所述多异氰酸酯组合物中硫元素含量为1
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200ppm，优选10
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150ppm，更优选25
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100ppm。2.根据权利要求1所述的改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物，其特征在于，所述多异氰酸酯组合物中，含硫化合物包含如下式Ⅰ和/或式II所示的结构；式I中，X为式III所示基团；式II中，R1
’
、R2
’
、R3
’
中一个为式III所示基团，其余为
‑
NCO基团；式III中，R为碳原子数C1～12的烷基。3.根据权利要求2所述的改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物，其特征在于，式Ⅰ和/或式II结构的质量与多异氰酸酯组合物中异氰脲酸酯结构的质量比为50
‑
15000ppm。4.根据权利要求3所述的改善水分散性的低粘多异氰酸酯组合物，其特征在于，所述亚氨基噁二嗪二酮结构与异氰脲酸酯结构的摩尔比为(0.5
‑
1)：1，优选为(0.7

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，石滨，赵磊，蒙萌，黄真真，潘亚男，尚永华，王丹，黎源，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：