[发明专利]一种超支化的封闭型异氰酸酯及其制备方法以及其在涂料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子和涂料技术领域，更具体地涉及一种超支化的封闭型异氰酸酯，及其制备方法和应用。

背景技术

超支化聚合物是具有三维支化结构的高度支化大分子，分子结构比较规整，具有很窄的相对分子质量分布，与树枝型聚合物有类似的结构，但合成方法简单，一般可采用一步聚合法合成。由于大分子具有类似球形的紧凑结构，流体力学回转半径小，支化度很高，分子链缠结少，因此粘度随相对分子质量的增加变化较小。而且大分子带有许多官能性端基，对整个超支化聚合物有很重要的影响，可以通过对端基改性而控制超支化聚合物的性能，如玻璃化温度和在不同溶剂中的溶解度，在应用开发中具有重要的作用。

在涂料方面，瑞典的Perstorp公司已生产了一系列超支化聚酯产品。例如第二代超支化聚合物Boltorn H20，第三代超支化聚合物Boltorn H30和第四代超支化聚合物Boltorn H40,其具体制备方法见美国专利US5418301。这些超支化聚合物由于羟基官能度高，极性强，分子间容易形成强的氢键，容易团聚，不能有效的分散在涂料中，其溶解度参数SP≧12，从而缺乏与非极性，非质子溶剂的相容性，也缺乏和一般羟基树脂的相容性，为了降低超支化树脂的溶解度参数，增加其相容性，有报道提到应用单羧酸和超支化羟基树脂进行酯化，封掉大部分羟基，降低超支化羟基聚酯的极性，从而达到和非极性，非质子溶剂以及一般羟基树脂的相容性。然而这种方法如果封端太少，则不足以降低超支化羟基聚酯的极性，提高其相容性；如果封端太多，这会大大降低了超支化树脂的官能度，消弱了超支化树脂高官能度的优势，这对于制备高硬度的，高耐化学性的涂料是不利的。

由于封闭型多异氰酸酯容易操作，且对大气湿度不敏感，可用于配制具有足够贮存稳定性的单组分聚氨酯涂料，但目前市场上的封闭型多异氰酸酯的官能度多为2-4之间，不能有效形成高交联密度的漆膜，且还存在黏度偏高，不利于应用的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超支化的封闭型异氰酸酯。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种超支化的封闭型异氰酸酯的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种涂料组合物。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种超支化的封闭型异氰酸酯，其具有如式(I)所示结构；

式中，为超支化的羟基聚酯的骨架；U为异氰酸酯的烷基基团,BL为异氰酸酯的封端剂；R为脂肪酸和超支化的羟基聚酯的羟基酯化封端后所形成的烷基基团，k、m和n为正整数；3≦m+n+K≦超支化的羟基聚酯的总官能团数目。

其中封闭型异氰酸酯通过氨基甲酸酯基团接到超支化分子骨架上，且所述的超支化分子的部分羟基已经被脂肪酸酯化封端。

优选地，所述3≦m+n+k≦80，k、m和n为正整数。

优选地，所述异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、己二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、三甲基己二异氰酸酯(TMDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)或苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)。

优选地，所述封端剂选自苯酚、2-吡啶酚、1,2-丙二醇、2-乙基己醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、ε-己内酰胺(ε-CAP)、甲乙酮肟、3,5-二甲基吡唑、三氮唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、二异丙胺或丙二酸二乙酯。

优选地，所述的脂肪酸选自C₆-C₁₅的饱和脂肪酸。

优选地，所述的超支化的封闭型异氰酸酯的每个超支化分子至少含有两个封闭型异氰酸酯官能团。

优选地，所述的超支化的封闭型异氰酸酯的数均分子量在1000-20000之间。

优选地，所述的超支化的封闭型异氰酸酯的溶解度参数≦11.8。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案。

优选地，所述的超支化的封闭型异氰酸酯的制备方法，包括如下步骤：

1)封闭型异氰酸酯中间体的制备：二异氰酸酯与封端剂按摩尔比为0.8-1.1:1的比例进行反应，将二异氰酸酯的一个活性异氰酸酯基团(以下称为NCO基团)用封端剂进行封端，形成只含有一个活性NCO基团的封闭型异氰酸酯中间体；

2)利用步骤1)形成的含有一个活性NCO基团的封闭型异氰酸酯中间体与部分羟基被脂肪酸酯化封端的超支化的羟基聚酯反应，得到超支化的封闭型异氰酸酯。