[发明专利]纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂及制备与应用

说明书

本发明属于涂料固化剂领域，公开了一种纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂及制备与应用。氮气保护下，将多异氰酸酯和纳米金属氧化物加入到反应器中，超声分散后升温至50～90℃，加入催化剂反应3～6h，之后加入磺酸并滴加中和剂，升温至80～120℃反应4～8h，反应完成后加入阻聚剂终止反应，即得纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂。本发明通过改性加快了双组分水性聚氨酯涂膜固化速率的同时提高硬度和耐介质性能，相比于普通双组份水性聚氨酯涂料，改性固化剂制备的双组分水性聚氨酯涂料适用期长、涂膜硬度高、干燥速度快、耐介质性能更佳以及有抗菌、抗老化功能。

技术领域

本发明属于涂料固化剂领域，具体涉及一种纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂及制备与应用。

背景技术

随着环保法规的日趋严格，高性能、无污染、交联型的水性涂料得以快速发展，其中双组分水性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。双组份水性聚氨酯涂料由水性羟基树脂和水性多异氰酸酯固化剂组成，其中水性多异氰酸酯固化剂的性能至关重要。其亲水性、贮存稳定性及与水性羟基的相容性等决定双组份水性聚氨酯涂料的性能与应用。传统水性多异氰酸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，导致使用后其涂膜外观差、耐介质不佳、光泽度低、硬度低等涂膜缺陷。

目前，水性多异氰酸酯固化剂主要可分为非离子型和阴离子型水性多异氰酸酯固化剂。非离子型水性多异氰酸酯固化剂通常由含烷氧基等非离子亲水基团的改性剂改性而成，大多为亲水聚醚改性。日本专利JP044649、美国专利US5200489、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多异氰酸酯固化剂，其水分散性好。但是在改性过程中引入了大量的聚醚，得到的固化剂体系粘度大，NCO含量低，过多的引入亲水聚醚软段还导致了涂膜干燥速度慢、耐水性差、硬度低的缺陷。阴离子型水性多异氰酸酯固化剂通常由含磺酸根、羧酸根、磷酸根等离子亲水基团的改性剂改性而成。其中磺酸基的亲水性最强，改性效果最好。采用阴离子亲水基团改性多异氰酸酯固化剂，由于阴离子亲水基的强亲水性，改性剂的使用量更低，得到的水性多异氰酸酯固化剂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。美国专利US676795、中国专利CN105254842A等采用不同的类型的磺酸盐改性制备多异氰酸酯固化剂，改性得到的多异氰酸酯固化剂水分散性好、粘度低、有较长的活化时间、涂膜具有更好的耐介质性。目前，纳米材料在水性涂料中的应用受到了广大研究者和企业的关注，但对于纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂的研究较少，由于纳米材料的特殊性质，其将为制备环境友好型的高性能双组份水性聚氨酯涂料提供新的研究思路。目前市场现有的水性多异氰酸酯固化剂总体都有NCO含量低、粘度高、分散性差的缺点。其与羟基树脂的相容性不好，涂膜外观差、耐介质不佳、光泽度低、硬度低。制备水分散性好、高硬度、耐介质佳、与羟基树脂匹配好，及涂膜性能优异的水性多异氰酸酯固化剂仍需进一步探索。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂。

本发明的再一目的在于提供上述纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂在双组份水性涂料中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

氮气保护下，将多异氰酸酯和纳米金属氧化物加入到反应器中，超声分散后升温至50～90℃，加入催化剂反应3～6h，之后加入磺酸并滴加中和剂，升温至80～120℃反应4～8h，反应完成后加入阻聚剂终止反应，即得纳米材料改性水性多异氰酸酯固化剂。

进一步地，所述多异氰酸酯为己二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体和TDI-HDI混合三聚体中的至少一种。