[发明专利]一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法。通过二酰氯与三羟甲基丙烷反应形成聚酯结构的高分子骨架，再以离子型的亲水扩链剂对骨架进行亲水扩链，接着以半封闭的聚氨酯预聚体对残余的活性羟基进行封闭，最后用三乙胺来中和骨架结构上的离子基团，得到一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂。聚酯结构的引入使得水性树脂固化涂层的耐热性能和机械性能显著提高，因此这种交联剂在水性涂料固化领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法。

背景技术

水性聚异氰酸酯交联剂应用于水性涂料体系，其固化后的涂层具有优异的耐低温性能、耐磨性、耐溶剂洗刷性能等特性，被广泛应用于纸张及皮革涂饰、纺织印刷、工业防腐、木器涂装等领域。但是，当使用温度高于80℃时，固化涂层的力学性能基本丧失，250℃时固化涂层便出现大量分解，这一缺陷大大限制了水性聚异氰酸酯交联剂的应用领域。因此，提升水性聚异氰酸酯交联剂的耐高温性能对于进一步拓宽水性涂层的应用领域有着重要的现实意义。

S.S.Pathak等(Progress in Organic Coatings,2009,65(2):206)采用溶胶凝胶技术，以聚氨酯、六甲氧甲基三聚氰胺树脂与有机硅，如甲基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为原料合成用来保护铝和铝合金的有机硅水性聚氨酯涂料，TGA结果表明，初始失重温度提高到206℃，耐热性明显提高。郑艳(聚氨酯工业,2010,25(1):20)采用异氟尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚、全氟醇等为原料合成阴离子含氟水性聚氨酯乳液，热重分析结果表明，由于全氟烷基的引入，水性聚氨酯的起始分解温度提高了40℃，热稳定性得到提高。

上述改性方法可以有效改善固化体系的耐热性能，但是有机硅及有机氟类的改性剂价格昂贵，使得产品的生产成本提高，竞争优势缩小，推广难度加大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法，该交联剂酯键含量高，在起到交联支化作用的同时又能有效改善固化涂层的耐热性能和机械性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂，具有如下结构式

式中，R₁为M为R₂为R₃为R₄为R₅为B为

上述一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂的制备方法，全程在氮气保护下，搅拌进行，且各组分按质量份数计称取加入反应体系，具体包括以下步骤：步骤1，将15.0～30.0份的二异氰酸酯，10.0～25.0份的N-甲基-2-吡咯烷酮加入到四口烧瓶中搅拌均匀，4～8min内升温至60～90℃，于5～15min内向反应体系中加入5.0～20.0份的封闭剂，保温反应2.0～4.0h，得到一种半封闭型聚异氰酸酯预聚体；步骤2，将5.0～25.0份的三乙胺，4.0～12.0份的三羟甲基丙烷，40.0～60.0份的N-甲基-2-吡咯烷酮和15.0～25.0份的二酰氯加入到四口烧瓶中，调节温度至20～60℃，保温反应4.0～8.0h，随后向体系中加入5.0～15.0份的三乙胺，并于15～25min内向反应体系中加入10.0～25.0份的离子型亲水扩链剂，调节温度为20～60℃，保温反应4.0～8.0h得组分一；步骤3，将组分一缓慢升温至60～90℃，并于10～25min内向反应体系中加入步骤1得的半封闭型聚异氰酸酯预聚体，保温反应1.0～4.0h，降温处理至温度为30℃时，再加入8.0～20.0份的三乙胺，搅拌20～60min，得到一种含聚酯结构的水性阴离子封闭型聚异氰酸酯交联剂。

作为改进的是，步骤1中二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯中任一种。