[发明专利]一种高性能磺酸型水性聚氨酯固化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种高性能磺酸型水性聚氨酯固化剂及其制备方法与应用。该制备方法是以原料的质量百分数计，将0.5‑5％的氨基二磺酸衍生物、90‑98％多异氰酸酯在40‑70℃高速分散；在氮气的保护下，滴加1.0‑2.5％的中和剂，升温至90‑120℃，保温反应至体系NCO含量达到理论值，加入阻聚剂终止反应，减压除去反应剩余的中和剂，降温至室温。本发明采用具有强亲水性的二磺酸亲水改性剂，制备的水性聚氨酯固化剂具有粘度低、易分散、NCO含量较高、与羟基匹配性好的优点，且反应条件温和，规模化生产好。该固化剂与水性羟基树脂复配制备的水性双组份聚氨酯涂料具有硬度高、光泽好和耐化学性能优异的特点。

技术领域

本发明涉及一种磺酸型水性聚氨酯固化剂，特别是涉及一种水分散性好、与羟基树脂相容性好、高光、高硬度的高性能水性聚氨酯固化剂及其制备方法与应用。该高性能磺酸型水性聚氨酯固化剂可用作水性双组份涂料的交联成分，属于精细化合物技术领域。

背景技术

水性双组分聚氨酯涂料因其优异的涂膜性能、低VOC含量的特点而逐渐成为当今研究热点，水性双组分聚氨酯涂料由水性羟基树脂和水性固化剂组成，其中水性聚氨酯固化剂的性能至关重要。传统聚氨酯固化剂虽然具有较低的粘度，较高的NCO含量，但其不具备亲水性，无法被水性羟基树脂乳化和分散，导致使用后其涂膜出现不平整、不致密、耐水耐溶剂性差、光泽度低等涂膜缺陷。

引入亲水基团或组分对传统聚氨酯固化剂进行改性，提高其水分散性。目前大多采用非离子型或阴离子型亲水单体对多异氰酸酯进行亲水改性。日本专利JP044649、美国专利US5200489、US3996154、中国专利CN101381443等采用不同类型的聚醚作为亲水改性剂成功制备了水性聚氨酯固化剂，其水分散性好，具备与羟基树脂好的匹配性能。但是在改性过程中引入了大量的聚醚，固化剂的粘度大且NCO的含量低，增大了在配漆时固化剂的添加量及施工难度。同时作为软段的聚醚链段含量过高直接导致了漆膜硬度低、耐水性差的问题。

为克服上述问题，研究者采用亲水性更强的阴离子亲水基团改性聚氨酯固化剂，因阴离子亲水基的强亲水性，改性剂的使用量更低，得到的水性聚氨酯固化剂NCO含量更高、水分散性更好，粘度更低，在与羟基树脂配漆时有更好的施工性能。在常用的阴离子亲水改性剂的阴离子有磷酸根、羧酸根、磺酸根等，其中数磺酸基的亲水性最强，改性效果最好。如DE4433929A、EP0703255等曾提出用羟基乙磺酸、羟基丙磺酸、端羟基聚醚磺酸等羟基磺酸型亲水改性剂对多异氰酸酯进行改性，制备的固化剂粘度低、水分散性好。然而市售的羟基磺酸衍生物多以水溶液的形式存在，难以获得无水的羟基磺酸衍生物。通常市场上销售的羟基磺酸以钠盐形式存在，与多异氰酸酯反应后，钠离子会长期残留在涂膜中，降低漆膜的耐水性和光泽。为了解决这个问题CN105254842A将羟基乙磺酸、羟基丙磺酸与叔胺反应生成具有羟基的磺酸胺盐，最终改性得到的水性聚氨酯固化剂水分散性好、有较长的活化时间、涂膜具有更好的耐水性和耐溶剂性。

美国专利US6767958曾以N,N-二甲基环己胺为催化剂、采用2-环己氨基-乙磺酸和3-环己氨基-丙磺酸对多异氰酸酯改性，制备得到亲水性好、涂膜性能理想的水性聚氨酯固化剂。中国专利CN104448232A通过改进合成工艺，成功将4-环己氨基-丁磺酸接枝到多异氰酸酯上制备得到水性聚氨酯固化剂。CN101754990A提出用4-氨基甲苯-2-磺酸对多异氰酸酯改性，同时添加一定量的聚醚醇PEO1，得到非常易于水分散的水性聚氨酯固化剂。但上述专利中使用的亲水改性剂磺酸基含量少，磺酸的官能度均为1，在提高固化剂的水分散性时需添加大量的亲水改性剂，降低固化剂的NCO基含量，提高固化剂的粘度，增加水性双组分的施工难度。

总体来看，市场现有的固化剂总体都有NCO含量低、粘度高的缺点。其与羟基树脂的相容性不好，涂膜透明性差、光泽及曝光性欠佳。因此，制备具备水分散性和施工性优异、与羟基树脂匹配性好，及漆膜性能优异的水性聚氨酯固化剂仍存在较大的技术难度。

发明内容