[发明专利]一种水性聚氨酯及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯及其制备方法和应用。

背景技术

颜填料的润湿和分散是分散及其稳定过程的两个不同阶段，润湿剂和分散剂一般都是表面活性剂，润湿剂一般分子量较小，其主要作用是除去颜料粒子表面所吸附的空气或水分，降低固体/液体之间的表面张力，有利于液体对颜料表面的润湿，从而达到颜料易于分散的目的；分散剂一般分子量较大，其主要作用是吸附在颜填料的表面产生电荷斥力或空间位阻，防止颜填料发生有害絮凝，使分散系统处于稳定状态。润湿是分散过程中的一个重要环节，润湿剂和分散剂的作用有时很难区分，二者在使用中可以相互补充、相互协调，因此，润湿剂和分散剂经常被放在一起讨论。

润湿分散剂可以减少分散过程所需要的时间和能量，稳定所分散的颜填料分散体，对颜填料粒子的表面进行改性，调整颜填料粒子的运动性，具体体现在：（1）缩短分散时间；（2）提高光泽；（3）提高着色力和遮盖力；（4）改善展色性和调色性；（5）防止浮色发花；（6）防止絮凝，防止沉降。润湿分散剂润湿的是不规则的粒子表面，润湿后润湿分散剂长期吸附在粒子表面，并能使粒子保持分散状态。这时润湿分散剂的活性基团一端吸附在细小颜填料表面，另一端溶剂化进入基料形成吸附层，吸附基越多，链节越长，形成的吸附层越厚。颜料和填料粒子充分分散在涂料中的先决条件是要能被液体基料良好润湿。

目前，国内外水性涂料市场中使用最广泛的水性润湿分散剂主要为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂如聚丙烯酸钠盐及其衍生物，它们在使用时会给水性漆中引入离子，而其自身要在pH=8~9时才可充分溶解，这种对pH的敏感性给体系带来了不稳定因素。阳离子型表面活性剂典型有十八碳烯胺醋酸盐、烷基季铵盐、氨基丙胺二油酸酯以及特殊改性的多氨基酰胺磷酸盐等；阳离子表面活性剂吸附力强，对炭黑、氧化铁、各种有机颜料的分散效果较好，但其分子中的阳离子可与基料中的羧基发生化学反应，另外不得与阴离子润湿分散剂同时使用，这限制了其应用范围。目前非离子型表面活性剂主要是烷基酚聚乙二醇醚类，当它们的分子质量较小时，由于不能提供足够的空间斥力，通常只被用作润湿剂；而当分子质量较大时，则可能发生“架桥”效应。该现状亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有水性润湿分散剂的pH的敏感性、使用受到限制、容易发生“架桥”效应等诸多缺陷，提供一种新的水性聚氨酯、其制备方法及其在润湿分散剂中的应用。该方法制得的水性润湿分散剂既能起润湿分散作用又不会对水性涂料稳定性产生影响。

本发明的技术方案之一是，提供一种水性聚氨酯的制备方法，其包括如下步骤：

（1）将异氰酸酯、聚氧乙烯醚以及催化剂溶于溶剂中，在45℃~95℃条件下，反应0.5h~3h，得到聚氨酯预聚体；

其中，所述的异氰酸酯为二异氰酸酯和/或多异氰酸酯；所述的聚氧乙烯醚为单羟基的聚醚，其数均分子量范围为200～3000；所述的催化剂为三亚乙基二胺（TEDA）、辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡（DBTL）中的一种或多种；所述溶剂为丙酮、乙酸乙酯、甲苯和环己烷中的一种或多种；

（2）将步骤（1）中的聚氨酯预聚体与含两个以上羟基或氨基的化合物反应，反应过程中，体系中的固体含量稳定为50%~80%，反应终点以异氰酸酯含量（NCO%）为0计，即可；

所述百分比为固体占原料总量的重量百分比；

其中，所述的含两个以上羟基或氨基的化合物为二元醇、三元醇、二元酚和二元胺中的一种或多种；所述的含两个以上羟基或胺基的化合物：异氰酸酯：聚氧乙烯醚的摩尔比为1:(1~3):(1~3)；

（3）脱除溶剂，即可。

本发明中，所述的聚氨酯是分子结构中含有氨基甲酸酯基团的一类聚合物，其分子结构具有较强的可设计性，本发明在其结构中引入锚固基团可制得兼具良好的润湿分散能力同时又不会影响涂料自身稳定性的润湿分散剂，效果特别优异。

步骤（1）中，较佳的，所述的聚氧乙烯醚、催化剂以及溶剂的含水量在0.05%以下，所述百分比为水占化合物重量的百分比。

其中，较佳的，含水量的测定方法为卡尔·费休法，可参考GB/T6283-2008。

所述的含水量的控制可以通过干燥的方法实现；其中，所述的聚氧乙烯醚通过抽真空的方法干燥，较佳的，所述的抽真空为100℃抽真空；所述的催化剂用鼓风干燥箱干燥，较佳的，所述的鼓风干燥性的温度为100℃；所述的溶剂使用4A分子筛干燥。