[发明专利]高性能单组分水性聚氨酯及其乳液或分散体、涂层的制备方法及应用

说明书

本发明公开了高性能单组份水性聚氨酯及其乳液或分散体、涂层的制备方法及应用。本发明将多元醇、亲水扩链剂和三聚体进行聚合反应，加入二异氰酸酯进行扩链反应，然后用中和剂得到聚氨酯预聚体，经乳化分散得到高固含量的水性聚氨酯乳液或分散体。本发明制备的水性聚氨酯乳液或分散体不含有机溶剂，VOC几乎为0。经涂膜固化得到聚氨酯涂层，该涂层机械性能优异，硬度高和附着力好，在木器、汽车舰船、电子电器、工程机械、皮革涂饰及化工等涂料以及胶粘剂领域应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及一种高性能单组份水性聚氨酯及其乳液或分散体、涂层的制备方法及应用，属于水性涂料、胶粘剂及功能高分子材料的技术领域。

背景技术

水性聚氨酯具有优异的耐磨、耐擦伤力学性能，同时耐溶剂、耐辐射和优异的低温弹性，广泛应用于木器、电子电器、工程设备、汽车及皮革涂饰的水性涂料以及胶粘剂等领域。单组份水性聚氨酯(wPU)由于不含有毒有害的有机溶剂，有机污染物VOC几乎为“0”，使用时操作简便，施工工艺性好，是绿色环保的精细功能高分子。水性聚氨酯在成膜过程中，生成大量的氨酯键、脲键等极性键提高了涂层的抗划伤性和硬度。同时wPU漆膜中存在大量氢键，当受到外力作用，氢键断开吸收外来能量；外力作用消失后，又重新形成氢键。因此使聚氨酯具有优良的抗撕裂强度、机械耐磨性以及韧性。

Al-Zahrani等通过用1,3,5-三-(2-羟乙基)氰尿酸代替甘油作为多元醇，添加大量的新制备的多元醇，合成了醇酸树脂其干燥漆膜质量好，柔韧性、光泽度和划痕硬度也得到改善，同时提高了涂漆钢板的耐腐蚀性[Al-Zahrani F A M,Lin L,El-Wahab H A.e-Polymers,2022,22(1):781-792.]。Rahman等通过改性三聚氰胺，六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)用作交联剂，在聚氨酯羧酸盐基团和HMMM甲氧基之间发生了交联反应。HMMM交联后，WBPU漆膜的疏水性增加。随着HMMM含量的增加，热稳定性，拉伸强度和初始模量增加[Rahman MM,Kim H-D,Lee W-K.Fibers and Polymers,2009,10(1):6-13.]。

发明内容

针对商品单组份水性聚氨酯乳液存在固含量不高，固化后漆膜的耐磨、硬度和抗刮划等机械性能较差等问题，本发明提供了一种高性能单组份水性聚氨酯或分散体、乳液及其涂层的制备方法及应用，有效克服了上述不足。

本发明的技术方案如下。

一种高性能单组份水性聚氨酯，聚合物分子链中包含如式(Ⅰ)所示的结构单元：

其中，x是1-6的正整数；n₁为大于0的正整数，n₂≥0的正整数。

其中，是异佛尔酮二异氰酸酯三聚体IPDI-3或六亚甲基二异氰酸酯三聚体HDI-3反应后的残基，其结构为以下两种结构中的一种：

其中，Ar是甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、二苯甲烷二异氰酸酯MDI、二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI或六亚甲基二异氰酸酯HDI去掉二异氰酸酯基团的残基；Ar的结构为以下结构中的一种：

其中，当Ar为a时，是2,4-TDI、2,6-TDI中的一种或两种的混合物。

其中，Pr是聚四氢呋喃多元醇(PTMG)、聚碳酸酯多元醇(PCDL)、聚酯多元醇或聚丙二醇(PPG)去掉-OH以后的残基结构；

一种高性能单组份水性聚氨酯乳液或分散体的制备方法，包括以下步骤：