[发明专利]一种水可分散的多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水可分散的多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用。该水可分散的多异氰酸酯固化剂，是以磺酸盐改性二异氰酸酯预聚物、小分子多元醇、多异氰酸酯预聚物、延时固化助剂和消泡剂为原料，制成端头带多官能‑NCO基的磺酸基改性多异氰酸酯固化剂。本发明的水可分散的多异氰酸酯固化剂作为聚氨酯产品生产中的交联成分，可与含羟基的水性树脂配套制成双组分水性聚氨酯快干漆，制得的快干漆具有较长的活化期，干速快、硬度高、好打磨和不粘砂纸等优点，主要应用在各种涂装系统的底漆、防腐漆、汽车修补漆、木制家具漆等方面，还可用于其他快速交联的水分散体。

技术领域

本发明属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种水可分散的多异氰酸酯固化剂及其制备方法和应用。

背景技术

为提升化工产品的环保性，VOCs(volatile organic compounds，挥发性有机物)的排放量被严格限制，聚氨酯行业正在向水性化转型。但是双组份聚氨酯涂料在向水性转型中还存在一些问题尚等解决：例如配套的水性聚氨酯固化剂品种比较少。传统的水性聚氨酯固化剂主要是以HDI(六亚甲基二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、HMDI(二环己基甲烷二异氰酸酯)为异氰酸酯原料制备的固化剂，上述固化剂存在着固化速度慢、硬度低、难打磨、价格高等问题，满足不了相关行业要求；具体如木制家具喷漆不能用高温烘烤、汽车外壳零部件修补无高温烘烤条件，以及大型零件制造也没有高温烘烤条件等等，在上述领域若使用传统水性聚氨酯固化剂，小型部件一般在50℃左右低温烘烤10～20min表干(水分挥发完)后，再于室温放置24h以上漆膜才能基本固化，大型部件不便烘烤，需要在室温放置更长的时间漆膜才能基本固化，即便如此，得到的漆膜还比较软，打磨时容易粘砂纸，费工费时，生产效率低，并且传统水性聚氨酯固化剂的价格还比较高。上述问题大幅提高了生产成本。

在有机溶剂体系中，TDI(甲苯二异氰酸酯)固化剂具有固化速度快的优点，在50℃低温烘烤10min左右挥发掉溶剂后，在室温下大约2h漆膜就能基本固化，固化后的涂层有一定硬度，具备好打磨、不粘砂纸等优点，可以快速流转进入下一道工序，生产效率高。由TDI固化剂制备的聚氨酯涂料，还具有综合性能高、粘度低、成膜性好、价格便宜等优点，在各种涂装系统的底漆、防腐漆及家具的涂装等方面得到广泛的应用，它在聚氨酯涂料行业的使用量大约占聚氨酯固化剂总量的80％。显然，TDI固化剂是聚氨酯涂料行业无可替代的主流产品。

现有专利文献公开的多异氰酸酯水性化技术主要采用阴离子为亲水基团，还未能掌握生产快干型水性TDI固化剂的技术。具体的：在传统异氰酸酯固化剂水性化的过程中，需引入亲水基团对多异氰酸酯进行改性，主要是阴离子(羧酸根、磺酸根或磷酸根)，再加入胺类(如三乙胺、N-甲基吡咯和N-甲基哌啶等)中和酸性体系，例如以磺酸类为原料，加入胺类中和磺酸类的酸性，磺酸基与胺发生反应，生成物带有叔胺基团，叔胺基团对异氰酸酯中的异氰酸根(-NCO)具有催化作用，加之TDI属于芳香族二异氰酸酯，活性较高；因此上述叔胺基团对TDI的反应体系、贮存稳定性及使用活化期都有显著的不利影响。所以相关研究者多采用脂肪族和/或脂环族异氰酸酯制备慢干型水性固化剂，因为这类异氰酸酯的活性较低，反应体系存在的叔胺正好催化反应速度，对水可分散异氰酸酯固化剂的贮存期影响较小，当使用时，其与水性羟基树脂混合后，由于-NCO活性较低，与水的反应速度比较慢，容易获得施工所必需的活化期。例如中国专利CN104448232A公开的一种氨基磺酸改性的多异氰酸酯，采用的亲水剂为环烷基取代的氨基磺酸，以二甲基环己胺为中和剂，实施例都是对基于HDI和/或IPDI的多异氰酸酯进行亲水改性。CN101754990A公开的水分散性聚异氰酸酯，采用的亲水剂为氨基苯磺酸，以二甲基环己胺为中和剂，也是对以HDI和/或IPDI为基础的多异氰酸酯进行亲水改性。CN 105254842 A公开的多异氰酸酯组合物，采用单羟基的磺酸胺盐为亲水基团，磺酸胺盐也存在叔胺基团，尽管该专利在发明内容中表示可用芳香族TDI制备水性固化剂，但是实施例并无用TDI制备水性固化剂的工艺，仍然是以HDI制备水性固化剂。总之，相关技术中基本是以脂肪族和/或脂环族异氰酸酯(HDI和/或IPDI)制备慢干型水性固化剂。