[发明专利]一种高硬度水性聚氨酯分散液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性工业漆用乳液技术领域，具体的说涉及一种高硬度水性聚氨酯分散液的制备方法。

背景技术

       从20世纪90年代初开始，世界发达国家便开始了“绿色革命”，带动涂料产业向“绿色”产品方向大步迈进。进入21世纪以来，随着环保法规的进一步完善，以减轻地球负荷为目的而开展的低VOC排放的水性涂料的研究，正日趋成为研发的重点。传统的油性工业漆大量的排放有机物，一方面直接影响人们的身体健康；另一方面它会在空气中与其它化学物质发生化学反应，形成PM2.5，造成大气污染，每年的溶剂型涂料在使用过程中所排放有机挥发物形成的PM2.5，仅次于汽车尾气对大气造成的污染。而相比之下，水性工业漆具有无毒环保、无气味、可挥发物少、不燃不爆等优点，可以有效的解决溶剂型涂料所形成PM2.5的排放问题，因此工业漆的水性化将是大势所趋。水性聚氨酯分散体因其漆膜丰满、亮丽，具有优异的耐腐性、耐化学药品性、耐候性、耐水性、附着力好等优点，但其硬度差、易划伤、干燥慢等缺点，极大的限制了水性聚氨酯分散体在水性工业漆中的应用。传统的无机材料与水性聚氨酯共混法，虽然能有效的解决水性聚氨酯漆膜硬度偏低的问题，但也在很大程度上影响了水性聚氨酯漆膜的耐水性能，无法从根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高硬度水性聚氨酯分散体的制备方法，能够在不影响漆膜耐水的前提下，有效解决水性聚氨酯分散体漆膜硬度低、易划伤、干燥速度慢的问题。

本发明的另一目的在于解决涂料生产过程中无机材料难于分散到水性树脂中的问题，提高涂料的储存稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案，其制备工艺步骤如下：

1、将大分子多元醇加入到烧瓶中，在温度100-140℃，真空度在0.01-0.04MPa的条件下脱水1-3小时，降温到30-90℃；

2、将与大分子多元醇重量比为1:1.5-50的多异氰酸酯加入烧瓶中，通氮气保护，在60-100℃下反应1-2小时，反应过程中采用二正丁胺滴定法来判断反应终点；

3、在40-70℃下向烧瓶中加入与大分子多元醇重量比为1:0.1-0.8的亲水扩链剂、占分散体质量分数为0.1-2%的小分子扩链剂和占分散体质量分数0.01-0.1%催化剂，然后在70-85℃下反应2-4小时；

4、降温至40-70℃，加入占分散体质量分数20-80%溶剂降低体系粘度，继续反应1-2小时；

5、降温至10-40℃，加入占分散体质量分数的0.5-5%的硅烷偶联剂，反应10-100分钟，得到聚氨酯预聚体；

6、在搅拌速度为300-1500rpm的搅拌条件下，在聚氨酯预聚体滴加与步骤(3)所述的亲水扩链剂物质的量比为1:0.8-1.2的中和剂，反应1-10分钟，得到中和的聚氨酯预聚体；

7、在搅拌速度为300-1500rpm的搅拌条件下，在中和的聚氨酯预聚体中加入占分散体质量分数10-50%、浓度为10-60wt%的纳米无机材料水溶液，反应1-10分钟；

8、在搅拌速度为300-1500rpm的搅拌条件下，继续在上述的聚氨酯预聚体中，缓慢滴加占分散体质量分数为60～70%的去离子水，最后再加入占分散体质量分数的0.5-5%的后扩链剂反应10-60分钟，形成聚氨酯分散体；

9、在真空度为0.01-0.04MPa条件下，于40-80℃反应20-80分钟，脱除反应过程中所添加的溶剂，便可得到一种高硬度水性聚氨酯分散体。

步骤(1)所述的大分子多元醇选自分子量为600-5000的聚醚多元醇、聚酯多元醇、磺化聚醚多元醇、磺化聚酯多元醇以及低支化度聚酯多元醇中的一种或多种量。

步骤(2)所述的多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、4 ,4 ’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六次甲基二异氰酸酯(HDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)中一种或多种。

步骤(3)所述的亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)、乙二胺基乙磺酸钠和1, 4- 丁二醇-2-磺酸钠中的一种或多种。

步骤(3)所述的小分子扩链剂选自一缩二乙二醇、1, 4-丁二醇、新戊二醇、己二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种。