一種水性聚氨酯乳液塗料及其製備方法
2023-06-24 18:57:36
專利名稱：一種水性聚氨酯乳液塗料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種塗料及其製備方法，尤其是涉及一種水性聚氨酯乳液塗料及其制
備方法。
背景技術：
聚氨酯(PU)塗料具有優異的耐磨蝕、柔韌性、附著力和耐化學品性等性能，廣泛 用作木器漆、建築塗料、汽車漆及防水塗料等領域。由於溶劑型分聚氨酯中含有大量有機溶 劑，嚴重汙染環境，特別是溶劑型的殘留異氰酸酯單體，毒性很高，對人的身體健康危害極 大。 隨著人類生活質量的提高，環保法規也越來越嚴格，各種環保條例對揮發性有機 化合物(V0C)的排放量、有害溶劑的含量都有嚴格限制。水性聚氨酯由於其以水為分散介 質，不僅具有無毒、不易燃燒、不汙染環境、節能、安全可靠等優點，因此近年來水性聚氨酯 乳液塗料獲得了廣泛的關注。但國內水性聚氨酯乳液的研究起步較晚，發展也較緩慢。70 年代後期國內對其開展了相關的研究，但聚醚型、甲苯二異氰酸酯(TDI)芳香族型佔絕大 多數，其合成出的水性聚氨酯容易黃變，且膜的表面發粘，機械性能也不太理想。本發明對 聚酯型和異福爾酮二異氰酸酯(IPDI)的水性聚氨酯的合成進行了研究。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種耐黃變、耐水性 較好、在PET薄膜上易剝離，具有較好的耐模壓溫度的水性聚氨酯乳液塗料及其製備方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現 —種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，該塗料包括以下組分及含量(wt% ): 異福爾酮二異氰酸酯 20 40 ; 聚酯 20 40 ; 親水性擴鏈劑 5 10 ; 擴鏈劑 2 10; 交聯劑 1 3; 中和劑 3 10; N-甲基吡咯烷酮 0. 5 8。 所述的聚酯包括市售聚酯210N或聚酯220N。 所述的親水性擴鏈劑包括二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、酒石酸或乙二胺基乙磺 酸鈉。 所述的擴鏈劑包括異福爾酮二胺、乙二胺、三甲基乙二胺、乙二醇、甲基丙二醇、一
縮乙二醇、1，4_ 丁二醇或對苯二酚二羥乙基醚。 所述的交聯劑包括三羥甲基丙烷、三乙醇胺或三乙胺。 所述的中和劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、三乙胺、三甲胺或N， N-二甲基乙醇胺。
一種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟
(1)備料
按照以下組分及含量(Wt％)備料
異福爾酮二異氰酸酯20一40，
聚酯20一40，
親水性擴鏈劑5一lo，
擴鏈劑2一lo，
交聯劑l一3，
中和劑3一lo，
N一甲基吡咯烷酮o．5—8；
(2)聚酯除水
稱取聚酯，將該聚酯加熱至110—130℃，並利用油泵抽真空乾燥o．5—2h，然後將聚酯降溫到70一85℃；
(3)預聚物合成
把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯中，控制溫度為70一85℃攪拌反應l一3h，然後加入親水性擴鏈劑及交聯劑，繼續攪拌l一3h，得到預聚物；
(4)預聚物中和
將預聚物的溫度降至40一50℃，加入N一甲基吡咯烷酮，再通過恆壓滴定漏鬥滴加中和劑，攪拌反應15—45min；
(5)擴鏈及乳化
將擴鏈劑溶解在水中，再通過恆壓滴定漏鬥將擴鏈劑溶液滴加到中和後的預聚物中，攪拌速率控制在1000—3000rpm，攪拌20一40min後取出液體，靜置，即得到樣品。
與現有技術相比，本發明有效提高了聚合物的分子量，玻璃化溫度和熔融溫度有大幅度提高，製成的膜具有特別優良的耐黃變性及耐溫性，不易分解或變黃，能長期保持原有的光澤及色澤，還有較好的耐酸、鹼、鹽、油脂、洗滌劑等化學品的耐腐蝕性能。此外，該塗料成膜後的斷裂伸長率和斷裂強度等機械性能都非常優異。同時，水性聚氨酯五色透明，不含有丙酮等易揮發性溶劑，比常規的丙酮法製得的水性聚氨酯的V。C含量更小。而提高水性聚氨酯的耐溫性後，使其可以更適應包裝領域的生產工藝。具體優點如下
(1)該產品具有優良的耐黃變性，將膜在紫外光下連續照射1681l，其色差值<o．5
(2)耐溫變性好，水性聚氨酯乳液經過6個凍融溫變循環(一20℃一20℃)，未見沉澱；i-0040-I (3)耐水、耐醇性好，將水性聚氨酯鑄成一定形狀厚度的薄膜，置於水或醇中，48h不發白，吸水率<15％；
(4)在一定壓力下，耐模壓溫度高，將水性聚氨酯塗在鍍鋁白卡紙上，一定溫度下烘乾後，膜在180一200℃下不發粘；
(5)剝離性好，將水性聚氨酯塗均勻塗在PET薄膜上，其剝離力小，且拖尾明顯；
(6)穩定性好，通過離心機3000轉離心15min後無沉澱，常規保存穩定時間大於6個月。
具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1 —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、5g異福爾酮二胺、lg三羥甲基丙烷、3.77g三乙胺、2gN-甲基吡咯烷酮(5mL);
(2)預聚物的製備將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然後降溫至8(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應2h，隨後加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續反應 lh，然後降溫至5(TC，採用三乙胺作為中和劑，利用恆壓滴定漏鬥將中和劑加入三口燒瓶 中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節粘度，攪拌30min，得到預聚物；
(3)乳液的製備 稱取128g去離子水，將異福爾酮二胺溶解在其中，控制攪拌機的速率為2000rpm， 利用恆壓滴定漏鬥將異福爾酮二胺溶液滴加到預聚物中，攪拌30min後取出靜置，即可得 到水性聚氨酯乳液塗料。
實施例2 —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、5g異福爾酮二胺、lg三羥甲基丙烷、3. 32gN，N-二甲基乙醇胺、2g N-甲基吡咯 烷酮(5mL); (2)預聚物的製備 將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然後降溫至7(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應3h，隨後加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續反應 2h，然後降溫至4(TC，採用N， N-二甲基乙醇胺作為中和劑，利用恆壓滴定漏鬥將中和劑加 入三口燒瓶中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節粘度，攪拌30min，得到預聚物；
(3)乳液的製備 稱取128g去離子水，將異福爾酮二胺溶解在其中，控制攪拌機的速率為2500rpm， 利用恆壓滴定漏鬥將異福爾酮二胺溶液滴加到預聚物中，攪拌30min後取出靜置，即可得 到水性聚氨酯乳液塗料。
實施例3 —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、3g—縮乙二醇、lg三羥甲基丙烷、3. 77g三乙胺、3g N-甲基吡咯烷酮；
(2)預聚物的製備
將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然後降溫至7(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應5h，隨後加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續反應 2h，然後降溫至4(TC，採用三乙胺作為中和劑，利用恆壓滴定漏鬥將中和劑加入三口燒瓶 中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節粘度，攪拌40min，得到預聚物；
(3)乳液的製備 稱取128g去離子水，將一縮乙二醇溶解在其中，控制攪拌機的速率為2500rpm，利 用恆壓滴定漏鬥將一縮乙二醇溶液滴加到預聚物中，攪拌30min後取出靜置，即可得到水 性聚氨酯乳液塗料。
實施例4 —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、5g對苯二酚二羥乙基醚、lg三羥甲基丙烷、3. 77g三乙胺、3gN-甲基吡咯烷 酮； (2)預聚物的製備 將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然後降溫至7(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應5h，隨後加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續反應 2h，然後降溫至4(TC，採用三乙胺作為中和劑，利用恆壓滴定漏鬥將中和劑加入三口燒瓶 中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節粘度，攪拌40min，得到預聚物；
(3)乳液的製備 稱取128g去離子水，將對苯二酚二羥乙基醚溶解在其中，控制攪拌機的速率為 2500rpm，利用恆壓滴定漏鬥將對苯二酚二羥乙基醚溶液滴加到預聚物中，攪拌30min後取
出靜置，即可得到水性聚氨酯乳液塗料。
實施例5 —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及含量備料20g異福爾酮二異氰酸酯、40g市售聚酯220N、5g親水 性擴鏈劑酒石酸、2g擴鏈劑乙二醇、lg交聯劑三乙醇胺、3g中和劑氫氧化鈉、0. 5g N-甲基 吡咯烷酮(NMP);
(2)聚酯除水 將聚酯220N加熱至ll(TC，並利用油泵抽真空乾燥O. 5h，然後將聚酯降溫到70°C;
(3)預聚物合成 把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯220N中，控制溫度為7(TC攪拌反應lh，然後加入 親水性擴鏈劑酒石酸及交聯劑三乙醇胺，繼續攪拌lh，得到預聚物；
(4)預聚物中和 將預聚物的溫度降至40°C ，加入N-甲基吡咯烷酮，再通過恆壓滴定漏鬥滴加中和 劑氫氧化鈉溶液，攪拌反應15min ;
(5)擴鏈及乳化 將擴鏈劑乙二醇溶解在130g去離子水中，再通過恆壓滴定漏鬥將乙二醇溶液滴加到中和後的預聚物中，攪拌速率控制在1000rpm，攪拌40min後取出液體，靜置，即得到水
性聚氨酯乳液塗料。 實施例6 —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及含量備料40g異福爾酮二異氰酸酯、40g市售聚酯220N、 10g親水 性擴鏈劑乙二胺基磺酸鈉、10g擴鏈劑甲基丙二醇、3g交聯劑三羥甲基丙烷、10g中和劑氨 水、8gN-甲基吡咯烷酮(NMP);
(2)聚酯除水 將聚酯220N加熱至130°C，並利用油泵抽真空乾燥2h，然後將聚酯降溫到85°C ; [OO95] (3)預聚物合成 把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯中，控制溫度為85t:攪拌反應3h，然後加入親水 性擴鏈劑乙二胺基磺酸鈉及交聯劑三羥甲基丙烷，繼續攪拌3h，得到預聚物；
(4)預聚物中和 將預聚物的溫度降至50°C ，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，再通過恆壓滴定漏鬥滴 加中和劑氨水，攪拌反應45min ; [OO"] (5)擴鏈及乳化 將擴鏈劑甲基丙二醇溶解在水中，再通過恆壓滴定漏鬥將甲基丙二醇溶液滴加到 中和後的預聚物中，攪拌速率控制在3000rpm，攪拌40min後取出液體，靜置，即得到水性聚 氨酯乳液塗料。
權利要求
一種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，該塗料包括以下組分及含量(wt％)異福爾酮二異氰酸酯20～40；聚酯 20～40；親水性擴鏈劑 5～10；擴鏈劑2～10；交聯劑1～3；中和劑3～10；N-甲基吡咯烷酮0.5～8。
2.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，所述的聚酯包括市售聚酯210N或聚酯220N。
3. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，所述的親水性擴鏈 劑包括二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、酒石酸或乙二胺基乙磺酸鈉。
4. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，所述的擴鏈劑包括 異福爾酮二胺、乙二胺、三甲基乙二胺、乙二醇、甲基丙二醇、一縮乙二醇、l，4-丁二醇或對 苯二酚二羥乙基醚。
5. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，所述的交聯劑包括 三羥甲基丙烷、三乙醇胺或三乙胺。
6. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液塗料，其特徵在於，所述的中和劑包括 氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、三乙胺、三甲胺或N， N-二甲基乙醇胺。
7. —種水性聚氨酯乳液塗料的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 (1)備料按照以下組分及含量(wt% )備料 異福爾酮二異氰酸酯 20 40，聚酯 20 40，親水性擴鏈劑 5 10，擴鏈劑 2 10，交聯劑 1 3，中和劑 3 10，N-甲基吡咯烷酮 0. 5 8 ;(2) 聚酯除水稱取聚酯，將該聚酯加熱至110 13(TC，並利用油泵抽真空乾燥0. 5 2h，然後將聚 酯降溫到70 85°C ;(3) 預聚物合成把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯中，控制溫度為70 85t:攪拌反應1 3h，然後加入 親水性擴鏈劑及交聯劑，繼續攪拌1 3h，得到預聚物；(4) 預聚物中和將預聚物的溫度降至40 50°C ，加入N-甲基吡咯烷酮，再通過恆壓滴定漏鬥滴加中和 齊U，攪拌反應15 45min ;(5) 擴鏈及乳化將擴鏈劑溶解在水中，再通過恆壓滴定漏鬥將擴鏈劑溶液滴加到中和後的預聚物中， 攪拌速率控制在1000 3000rpm，攪拌20 40min後取出液體，靜置，即得到樣品。
全文摘要
本發明涉及一種水性聚氨酯乳液塗料及其製備方法，該塗料包括以下組分及含量(wt％)異福爾酮二異氰酸酯20～40、聚酯20～40、親水性擴鏈劑5～10、擴鏈劑2～10、交聯劑1～3、中和劑3～10、N-甲基吡咯烷酮0.5～8，製備工藝包括備料、聚酯除水、預聚物合成、預聚物中和、擴鏈及乳化步驟。與現有技術相比，本發明只使用少量的高沸點溶劑，不採用丙酮，使產品不具有丙酮殘留，具有優良的耐溫性、耐候性、剝離性和耐水性，在包裝塗料領域上有廣泛的應用。
文檔編號C09D5/20GK101709198SQ200910200069
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者劉傑, 戴煒楓, 朱先義, 鄧慶儀 申請人:上海乘鷹新材料有限公司