[发明专利]一种非离子水性异氰酸酯固化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种非离子水性异氰酸酯固化剂的制备方法及其应用，涉及异氰酸酯固化剂技术领域。本发明在合成的过程中引入伯胺作为合成桥梁，将伯胺上的两个氢原子作为活性位连接亲水基团和异氰酸酯基团。合成中减少了溶剂的使用，安全性高，工艺简单，通过调整仲胺基的分子数与异氰酸酯基的分子数，可获得不同亲水性能的产品。本发明提供的涂料，通过加入所述的非离子水性异氰酸酯固化剂以及助剂、交联剂，有助于提高涂料的硬度和耐水性。

技术领域

本发明涉及异氰酸酯固化剂技术领域，尤其涉及一种非离子水性异氰酸酯固化剂的制备方法及其在涂料领域的应用。

背景技术

传统的涂料一般采用油性有机溶剂，有机溶剂中往往含有挥发性溶剂，甚至苯、甲苯、二甲苯、甲醛、游离TDI等有毒有害物质，给环境带来或多或少的危害，给人的健康带来损害。用水取代上述有机溶剂后，具有清洁环保的优点，能有效保护施工人员和使用人员的身体健康。水性聚氨酯涂料具有水性涂料的低VOC、不燃、绿色环保等优点，近年来在水性涂料领域发展较快。水性聚天门冬氨酸酯聚脲涂料目前还没有报道。

异氰酸酯类是一种广泛应用于双组分聚氨酯涂料的固化剂，目前使用的较多有：甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。这些物质都为油性，难以分散到水中。

目前，异氰酸酯水性化目前主要有两种方法：

第一种方法是接入阴离子基团法，该方法一般使用带有磺酸基的亲水性基团接入到异氰酸酯固化剂中实现。如部分专利和公开文献介绍(姜宪凯,张赛楠.(0).一种阴离子法合成水性双组分聚氨酯涂料的异氰酸酯组分的方法；CN110484118A)。该类方法合成的涂料具有良好的分散和漆膜性能，但是阴离子类亲水基团有如下两个缺点：1)耐硬水能力差，在硬水中容易破乳；2)不能和阳离子溶剂或者助剂配合使用，限制了其使用范围。

另外一种方法是将非离子亲水基团引入到固化剂分子中。非离子亲水基团主要包括两种；以环氧乙烷聚合而成的聚乙二醇类和以环氧丙烷聚合而成的聚丙二醇类。这种方法报道也较多。如溶剂合成法(CN 105062188A，CN102816294A)该方法需要使用丙酮，丁酮等作为溶剂，存在生产工艺复杂，最终产品含有溶剂杂质，以及危害使用人员健康等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中提到的至少一种缺陷，本发明提出了一种新的异氰酸酯水性化的合成方法，本方案在合成中引入了伯胺类物质作为合成桥梁，减少了溶剂使用，同时通过加入助剂提高了涂料性能，特别是硬度以及耐水性。

具体地，本发明提出以下技术方案：

一种非离子水性异氰酸酯固化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1将伯胺与含双键的非离子型亲水分子进行反应，得到含有仲胺基的中间体，所述伯胺与所述含双键的非离子型亲水分子反应的物质的量之比为1：0.5-1；

S2将所述中间体与异氰酸酯多聚体进行反应，反应结束，即得到所述非离子水性异氰酸酯固化剂，其中，仲胺基的分子数与异氰酸酯基的分子数之比为1：1-100。

其进一步的技术方案为，所述含双键的非离子型亲水分子选自聚乙二醇系列或聚丙二醇系列。

其进一步的技术方案为，所述含双键的非离子型亲水分子选自聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇丙烯酸酯，聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯，聚乙二醇单乙醚丙烯酸酯，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，聚乙二醇甲基丙烯酸酯，聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，聚乙二醇单乙醚甲基丙烯酸酯，聚丙二醇二甲基酸酯，聚丙二醇甲基丙烯酸酯，聚丙二醇二丙烯酸酯，聚丙二醇丙烯酸酯，聚丙二醇单甲醚丙烯酸酯，聚丙二醇单乙醚丙烯酸酯，聚丙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，聚丙二醇单乙醚甲基丙烯酸酯中的至少一种。上述高分子物质的数均分子量为180-80000。