[发明专利]一种高官能度的聚氨酯固化剂、该固化剂的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种高官能度的聚氨酯固化剂及其制备方法，具体涉及一种平均官能度为3-4，粘度为100-10000cp的含有亚氨基三聚体环和4,6-二亚氨基-1,3,5-噁二嗪-2-酮环的聚氨酯固化剂及其制备方法和用途。

背景技术

通过催化脂肪族二异氰酸酯多聚反应制备固化剂已广泛应用于耐黄变聚氨酯漆和涂料行业。现有固化剂普遍具有官能度低，粘度高的特点，官能度低意味着制备的涂料交联密度低，物理性能欠佳；粘度高限制了固化剂在水性和高固含量涂料中的加工性能，通常需要引入会带来VOC的溶剂进行稀释。

美国公开专利US4801663公开了1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)的三聚的方法，为了降低固化剂的粘度，三聚反应在很低的转化率下终止。该方法造成反应的转化率下降，需要从最终反应产物中脱除大量的未反应的单体，增加了分离的成本和单体循环回收的复杂性。

美国公开专利US5750629公开了一种制备含异氰脲酸酯和脲二酮的固化剂的制备方法。在异氰酸酯单体转化为异氰脲酸酯之前，之后或者期间进行脲二酮二聚的反应，提高脲二酮的含量，降低聚氨酯固化剂的粘度。但是，脲二酮的官能度只有2，而且高温不稳定容易分解，该方法的缺陷就是造成产品中平均官能度的降低。

中国公开专利CN102964566中描述了以膦腈为催化剂制备含有亚氨代噁二嗪二酮的固化剂，脲二酮的含量明显减少，异氰脲酸酯和亚氨代噁二嗪二酮组成固化剂的官能度为3.2，但是产品粘度偏高为12000cp，在配置聚氨酯涂料过程中需要使用大量的溶剂，造成VOC释放增多，而且涂料的涂膜硬度不够，性能欠佳。

因此，需要寻找一种新的官能度高、粘度低的聚氨酯固化剂，以替代现有聚氨酯固化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高官能度的聚氨酯固化剂，该聚氨酯固化剂具有官能度高，粘度相对低的优点。

本发明的另一目的是提供一种高官能度的聚氨酯固化剂的制备方法，该方法采用双(乙酰丙酮)锡作为催化剂，制备含有亚氨基三聚体环和4,6-二亚氨基-1,3,5-噁二嗪-2-酮环的聚氨酯固化剂，产品平均官能度为3-4，粘度为100-10000cp，该方法简单易行，适用于大规模生产。

本发明的再一目的是提供上述高官能度的聚氨酯固化剂在高固含量聚氨酯涂料或水性聚氨酯涂料中的用途，采用本发明的聚氨酯固化剂，能够减少涂料中溶剂的使用，降低VOC的释放，同时，使用本发明的聚氨酯固化剂使施工操作更加容易。

为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明中的高官能度聚氨酯固化剂，包括：基于聚氨酯固化剂总质量的

(a)0.5-45wt％的含有四个异氰酸酯官能团的亚氨基三聚体环；

(b)0.5-30wt％的含有四个异氰酸酯官能团的4,6-二亚氨基-1,3,5-噁二嗪-2-酮环；

(c)0.5-50wt％的含有三个异氰酸酯官能团的异氰脲酸酯环；

(d)0.5-10wt％的含有两个异氰酸酯官能团的脲二酮；

(e)0-2wt％的单体二异氰酸酯；

(f)0-20wt％的多聚体。

本发明中，所述的亚氨基三聚体环和4,6-二亚氨基-1,3,5-噁二嗪-2-酮环的结构式分别为：

本发明中，(c)含有三个异氰酸酯官能团的异氰脲酸酯环为单体二异氰酸酯发生三聚反应后的产物，其结构式为(d)含有两个异氰酸酯官能团的脲二酮为单体二异氰酸酯发生二聚反应后的产物，其结构式为(f)多聚体为亚氨基三聚体环等继续发生聚合反应得到的分子量和官能度更高的产物。

其中，R₁、R₂、R₃、R₄可以相同，也可以不同，分别独立地表示单体二异氰酸酯反应掉一个异氰酸酯基团后的残基；所述单体二异氰酸酯包含但不限于C4-C20的脂肪族二异氰酸酯、C4-C20的脂环族二异氰酸酯或C6-C20的芳香族二异氰酸酯，优选为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、2-甲基戊烷-1，5-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1，3-二(异氰酸根合甲基)环己烷、1，4-二(异氰酸根合甲基)环己烷、降冰片烷二亚甲基异氰酸酯、2，2，4-三甲基己二异氰酸酯、2，4，4-三甲基己二异氰酸酯或4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)，更优选为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。