[发明专利]阴离子型聚氨酯水分散体、其预聚物单体及制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于阴离子型聚氨酯水分散体合成的预聚物单体，及含有该预聚物单体的阴离子型聚氨酯水分散体及相应的制备工艺。

背景技术

聚氨酯水分散体(PUD)，是聚氨酯粒子分散在一个以水为连续相的二元胶体系统。20世纪60年代，聚氨酯水分散体开始出现在市场上，20世纪70年代成为一种非常重要的商业化产品。聚氨酯水分散体的技术优点在于聚合物的分子量与黏度无太大关系，即使分子量很大的聚氨酯分子，其分散体的黏度也可以很小。所以，高分子量的高固含量聚氨酯水分散体仅依靠物理干燥方法仍然能形成性能优良的漆膜。这意味着漆膜的形成可以仅依靠简单的在一定温度下的水分挥发，甚至常温成膜，聚氨酯水分散体这种常温自干的特性决定了其适合用于制备单组份的水性漆。

聚氨酯水分散体膜具有优异的耐磨性、柔韧性、附着力和耐化性，经过交联改性后，还能提高聚氨酯膜的物理机械性能、耐水性、耐化性和耐候性等，因此用聚氨酯水分散体制备的水性漆可具备优异的综合性能。

因此聚氨酯水分散体越来越受到人们的关注，并逐渐被市场所接受。以欧洲为例，聚氨酯水分散体除了在建筑及自动化电解涂料行业的广泛应用外，在其他方面也占据了主导地位，在水性聚氨酯中,以阴离子型的应用较为广泛，它是在聚氨酯链上引入阴离子基团，使其具有足够的亲水性而分散在水中形成稳定的乳液。

虽然阴离子型聚氨酯水分散体具备很高的使用价值，但其制备过程却是相当复杂，对工艺的控制也是相当严格。目前，全世界能够大规模生产聚氨酯水分散体的公司屈指可数，其中包括了BAYER、DSM等国际知名企业。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种用于阴离子型聚氨酯水分散体合成的预聚物单体，本发明提供的用于阴离子型聚氨酯水分散体合成的预聚物单体可以有效降低聚氨酯的粘度，有利于聚氨酯的乳化，使得所生产的聚氨酯涂料产品具有优异的耐水性和耐化性。

本发明的用于阴离子型聚氨酯水分散体合成的预聚物单体是由酯类单体和羧酸单体合成，且带有伯羟基、肿羟基和大位阻侧基；其中所述酯类单体是带有大位阻侧基和环氧基的脂类单体；所述羧酸单体是带有两个伯羟基和一个羧基的羧酸单体。

优选地，所述预聚物单体的酸值≤7mgKOH/g。

优选地，所述酯类单体是叔碳酸缩水甘油酯，其结构式如下：

所述羧酸单体是二羟甲基丙酸(DMPA)和/或二羟甲基丁酸(DMBA)；两者反应得到的预聚物单体结构式如下：

进一步优选地，所述预聚物单体是由摩尔量之比为1:1叔碳酸缩水甘油酯与二羟甲基丙酸(DMPA)和/或二羟甲基丁酸(DMBA)在110～140℃，反应4～6h得到的。

本发明的目的之二在于提供一种具有上述预聚物单体的阴离子型聚氨酯水分散体。

优选地，所述阴离子型聚氨酯水分散体按照重量百分比，是由5～30％预聚物单体、0～30％聚碳酸酯二醇、20～45％聚酯二元醇、1～5％扩链单体、0.1～3％的交联单体、10～40％的二异氰酸酯单体合成的。

聚碳酸酯二醇可以提高阴离子型聚氨酯水分散体的物理机械性能、耐水性、耐化性和耐候性；优选地，所述聚碳酸酯二醇的数均分子量为1000-2000。

聚酯二元醇可以提高聚氨酯水分散体的柔韧性，与其他类型树脂、各类色浆、助剂的相容性。优选地，所述聚酯二元醇的数均分子量为1000-2000，且分子链上带有羧基、磺酸盐基、长醚链或酰胺基等亲水基团中的一种或者多种；进一步优选地，为数均分子量为1000，带有磺酸盐基的聚酯二醇。

扩链单体，优选地，为带有两个伯羟基或两个伯胺基的扩链单体；例如脂肪族、环脂族或芳香族二醇或胺，如1,2-乙二胺、1,6-乙二胺，乙二醇等；优选反应性醇官能度较低，以及对温度和混合提供更好的控制的化合物，故进一步优选地，为乙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇和1,8-辛二醇中的一种或一种以上的组合物。

交联单体，主要是能够将具有至少一个可交联官能团的化合物引入本发明的聚氨酯中，优选地，所述交联单体至少带有三个羟基或三个胺基。进一步优选地，为三羟甲基丙烷(TMP)、丙三醇、季戊四醇和双季戊四醇中的一种或一种以上的混合物。

二异氰酸酯单体，是指分子链中含有两个异氰酸酯基(NCO)的化合物，优选地，两个NCO基团位于分子链末端，且所述二异氰酸酯单体是分子链中不带有苯环的、耐候性极好的、脂肪族或脂环族二异氰酸酯单体。