[发明专利]一种具有两性离子基团的聚醚亲水改性剂及其制备方法以及一种可水分散多异氰酸酯组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有两性离子基团的聚醚亲水改性剂及其制备方法以及一种可水分散多异氰酸酯组合物。

背景技术

聚氨酯具有优异的耐磨性、柔韧性、弹性、机械性能和耐化学品性，同时有光亮、附着力强等特点，因而在涂料和粘合剂领域用途广泛。传统的溶剂型聚氨酯涂料和粘合剂在制造、施工、干燥、固化和成膜过程中向空气中散发的挥发性有机化合物(VOC) 是重要的环境污染物之一,对人体健康和环境构成了严重的污染和威胁。随着人们环保意识的加强，各国环保法律法规对挥发性有机化合物(VOC)排放量的限制逐渐增加,水性聚氨酯的研究与开发日益受到重视。从长远来看，水性聚氨酯涂料将逐步取代溶剂型聚氨酯涂料成为市场的主流产品。

单组分水性聚氨酯涂料中聚合物的相对分子量较大, 依靠水分的挥发成膜，具有施工方便的优点。但是,单组分水性聚氨酯涂料的耐化学品性、耐溶剂性欠佳,硬度和光泽也较低。为了解决单组分水性聚氨酯涂料的缺点，开发可水分散多异氰酸酯为交联固化剂必然成为研发的重要方向。

可水分散的多异氰酸酯是指在一定的条件下，使多异氰酸酯与某些含有亲水基团的物质发生化学反应，得到的新合成物带有亲水基团，因而在水中可以乳化。亲水基团的相互排斥使得多异氰酸酯分散相处于稳定状态。国外这方面的研究始于20 世纪70 年代。然而，当时研究者多采用MDI 与PAPI等芳香族多异氰酸酯为基料，采用含有亲水链段的聚醚作为改性剂。由于苯环的存在，使得异氰酸酯（-NCO）基团的反应活性大大增加，与水的反应速率大大高于脂肪族多异氰酸酯，在配制成涂料后，会很快与水发生反应生成脲，使得涂料的交联密度迅速上升，适用期太短。直到90年代初,美国的 Jacobs采用脂肪族多异氰酸酯为基础，成功开发出一种能分散于水中的多异氰酸酯固化剂,从而使可水分散多异氰酸酯固化剂真正开始进入实际应用研究阶段。美国专利US5194487和US6426414报道了采用亲水聚醚对脂肪族多异氰酸酯进行非离子亲水改性。这种经过非离子亲水改性的多异氰酸酯固化剂能够分散在水中形成乳液。美国专利US5583176和US6767958B2采用含有活泼氢的磺酸盐化合物对多异氰酸酯进行阴离子亲水改性，得到的多异氰酸酯固化剂表现出良好的乳化性。目前，适合的亲水改性剂有非离子型、阴离子型、阳离子型，或非离子和阴离子混和使用等。经过非离子或阴离子改性的可水分散多异氰酸酯固化剂在市场上得到了广泛应用。

尽管可水分散多异氰酸酯固化剂在市场上得到了广泛应用，但是目前产品还存在一些缺点。经过阴离子改性的多异氰酸酯固化剂表现出良好的乳化性，加入水中时只需摇动或轻轻搅拌即可乳化成乳液。然而，这种经过阴离子改性的多异氰酸酯固化剂只能和阴离子的乳液配合使用，与阳离子的乳液配合使用可导致破乳沉淀。另外，这种阴离子改性的多异氰酸酯固化剂的使用也受到乳液pH值的影响，在水硬度大或有其他高浓度电解质存在的条件下乳液不稳定。因此，阴离子改性的多异氰酸酯固化剂的应用范围受到一定限制。经过非离子改性的多异氰酸酯固化剂虽然可以适用于各种离子类型的乳液，但乳化性不够理想，需要借助强力的机械才能分散均匀。另外，聚醚链段使得涂料具有持续的亲水性，需要较长的干燥时间。所以，客观上需要开发一种既具有良好的乳化性同时又具有较广的适用范围，能够抵抗电解质影响的多异氰酸酯固化剂。