[发明专利]非离子型水性封闭多异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料

说明书

一种非离子型水性封闭多异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料。该固化剂含有以下原料：多异氰酸酯化合物、长亲水链醇、任选短亲水链醇、任选短疏水链醇、活泼亚甲基类封闭剂、助溶剂、醇的碱金属盐类、中和剂；所述长亲水链醇选自分子量为300‑2000的聚醚一元醇中至少一种；所述短亲水链醇分子量为120‑300的聚醚一元醇中至少一种，所述短疏水链醇选自4‑10碳的饱和一元脂肪烷醇中的至少一种，本发明还包括非离子型水性封闭多异氰酸酯固化剂的制备方法以及含该固化剂的水性涂料。与现有技术相比，本发明的固化剂具有固含量高，无可挥发性NCO，具有较低的VOC含量，能够使在涂液中稳定分散，从而可有效提升涂料储存稳定性，且合成工艺简单。

技术领域

本发明涉及多异氰酸酯固化剂领域，具体涉及一种非离子型水性封闭多异氰酸酯固化剂及其制备方法、水性涂料。

背景技术

随着国内涂料行业的发展及国家对环保、能源的要求越来越严格，涂料及涂装行业进行水性变革势在必行，水性涂料是未来的重要发展方向（CN105669946A，一种聚醚改性HMDI水性聚氨酯固化剂的制备方法）。水性聚氨酯固化剂是一种广泛运用于水性涂料中的固化材料，其特点是具有较低的VOC排放，是一种环境友好型材料。而水性封闭多异氰酸酯固化剂是水性聚氨酯固化剂中较为常见的类型，通常封闭剂为肟类、酚类、醇类、内酰胺类、吡唑类，这一类型水性封闭多异氰酸酯固化剂通常需要在140℃以上烘烤温度才能解封，需要消耗大量能量，能源成本较高。因此，低VOC排放，低温解封的水性封闭多异氰酸酯固化剂的需求应运而生。

目前，常见的水性聚氨酯固化剂都是通过在聚氨酯结构上引入离子型亲水基团，从而实现在水中或水性涂料体系中的稳定分散。例如，现有技术 CN107082860A公开一种自乳化型水性聚氨酯固化剂及其制备方法、CN106366291A公开一种自乳化型阴离子水性聚氨酯固化剂及其制备方法和CN107793544A公开一种环保聚氨酯固化剂及其制备方法和应用，均是通过使用磺酸或磺酸酯类基团对主链聚氨酯进行亲水改性，从而得到水性聚氨酯固化剂，该类离子水性聚氨酯固化剂均在2KPU体系使用。

CN104130375A公开聚丙烯酸酯改性水性封闭异氰酸酯固化剂及其制备方法，该发明中部分封闭的异氰酸酯与羟基聚丙烯酸酯反应，得到聚丙烯酸酯改性的封闭异氰酸酯，再经中和剂中和，加水乳化，得到聚丙烯酸酯改性水性封闭异氰酸酯固化剂，由于中和剂采用为氨水、三乙醇胺、三乙胺、N，N- 二甲基乙醇胺或2- 氨基 -2- 甲基 -1- 丙醇，得到的固化剂存在氨臭味。

采用中性非离子基团进行聚氨酯的亲水改性的固化剂，则称之为非离子型水性聚氨酯固化剂，主要依赖在主链或侧链引入聚乙二醇醚或聚丙二醇醚链实现在水中或水性涂料体系中升温稳定分散。例如，现有技术CN105669946A公开一种聚醚改性HMDI水性聚氨酯固化剂的制备方法、CN105646841A公开一种非离子型水性IPDI聚氨酯固化剂的制备方法和CN105669947A公开一种非离子型水性HDI聚氨酯固化剂的制备方法，均是通过聚醚多元醇与多异氰酸酯反应直接得到亲水改性的非离子型水性固化剂。CN106366280A公开一种自乳化型非离子水性聚氨酯固化剂及其制备方法，是通过HDI单体及衍生物与聚乙二醇甲醚、聚丙二醇甲醚直接反应得到亲水改性的非离子型水性固化剂；CN102050935A公开水性聚氨酯固化剂及其制备方法，是通过甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二醇、聚乙二醇、三羟甲基丙烷反应得到非离子型水性固化剂。上述发明其合成路径基本一致，均是通过多元醇与异氰酸酯反应直接得到固化剂树脂，残留有活泼的异氰酸根，而且该类非离子型水性固化剂均不是封闭型水性固化剂，应用领域为水性2KPU，与封闭型水性固化剂适用领域完全不同。

此外，有一类使用非离子型与离子型混合改性的水性固化剂。例如，CN105820302A公开一种非离子和阴离子混合改性水性聚氨酯固化剂及其制备方法），该发明通过HDI单体与聚醚多元醇预反应，然后通过三聚催化剂催化聚合，随后与羟基羧酸反应，得到含有羧基的聚氨酯，最后与胺中和得到非离子和阴离子混合改性水性聚氨酯固化剂，该发明合成路径较为复杂。