[发明专利]一种水性耐热聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性耐热聚氨酯树脂及其制备方法，该树脂特别适用于150℃～230℃并有可能会有水汽的场合内应用。

背景技术

聚氨酯树脂具有优异的耐酸、耐碱、耐磨、附着力性能，其应用领域非常广泛，比如：木器涂料、汽车修补涂料、防腐蚀涂料、地坪涂料、电子涂料、特种涂料等。但聚氨酯树脂也有自身固有的缺点即软化点较低，温度高于120℃极易软化变形，而且树脂结构中的氨酯键较易水解，使得整体漆膜容易破坏，失去保护性能，因此，涂膜的耐热性和耐水性较差，而水性聚氨酯是将聚氨酯树脂分散在水中形成的分散体系。为了提高树脂的分散稳定性，一般情况下，树脂结构中需要含有足量的亲水基团，如羧基、磺酸基、胺基等，因此，其在耐水性方面表现更差。聚氨酯树脂虽然在一些普通的领域已经得到非常好的应用，但其耐热性和耐水性不足的缺点限制了其应用范围，也影响了水性聚氨酯的推广。

发明内容

本发明的第一个目的是:提供一种可以长期用于有水气和150～230℃条件下的水性耐热聚氨酯树脂。

实现本发明第一个目的的技术方案是：一种水性耐热聚氨酯树脂，其特征在于，它是多异氰酸酯、二元醇、耐热多元醇、亲水性溶剂和水溶性聚氨酯预聚体的加聚反应产物，经中和、分散、扩链及调节固体含量制得的，按重量百分数计，上述各组份用量如下：多异氰酸酯1～40%、二元醇1～30%、耐热多元醇1～10%、亲水性溶剂1～30%，水溶性聚氨酯预聚体1～15%，以上各组份用量的重量百分数之和为100％；

所述耐热多元醇为1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲,或者1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲和三羟甲基丙烷，或者1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲和季戊四醇，或者1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲、三羟甲基丙烷和季戊四醇；

所述水溶性聚氨酯预聚体由5～20wt%的亲水性含羟基单体、20～40wt%的多异氰酸酯、5～20wt%的二元醇和30～60wt%的亲水性溶剂，在50～100℃，经过加聚反应形成的，以上各组份用量的重量百分数之和为100％，其中，亲水性含羟基单体为2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸中的一种或两种。

上述水性耐热聚氨酯树脂，其所述水溶性聚氨酯预聚体的数均分子量范围在1000～8000g/mol，其线性分子链的两端均为羟基。

上述水性耐热聚氨酯树脂，其加聚反应形成水溶性聚氨酯预聚体时，所述二元醇组份为1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇、新戊二醇、甲基丙二醇、对苯二甲醇、聚酯二元醇、聚醚二元醇中的一种或几种；所述多异氰酸酯组份为甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中的两种或两种以上；所述亲水性溶剂组分份为丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

上述水性耐热聚氨酯树脂，其加聚反应形成耐热聚氨酯树脂时，所述二元醇组份为1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇、新戊二醇、甲基丙二醇、对苯二甲醇、聚酯二元醇、聚醚二元醇中的一种或几种；所述多异氰酸酯组份为甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中的两种或两种以上；所述亲水性溶剂组份为丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

本发明的第二个目的是:提供一种可以长期用于有水气和150～230℃条件下的水性耐热聚氨酯树脂的制备方法，其操作简便，产品质量稳定。

实现本发明第二个目的的技术方案是：一种上述的水性耐热聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，采用分段式聚合，先合成水溶性聚氨酯预聚体，再用此水溶性聚氨酯预聚体合成耐热水性聚氨酯树脂，具体操作如下：

(一)制备水溶性聚氨酯预聚体

①按下述配比准备原料

5～20wt%的亲水性含羟基单体、20～40wt%的多异氰酸酯、5～20wt%的二元醇和30～60wt%的亲水性溶剂，以上各组份用量的重量百分数之和为100％；

②制备工艺

将上述原料加入到反应容器中，搅拌并升温至50～100℃后，保温3小时，测试残余NCO含量，直至残余NCO含量≤0.1wt%，降温，制得水溶性聚氨酯预聚体，其数均分子量范围在1000～8000g/mol，线性分子链的两端均为羟基，保存备用；