[发明专利]一种高固体含量水性聚氨酯树脂及其涂料的制备方法和应用

说明书

本发明公开一种高固体含量水性聚氨酯树脂及其涂料的制备方法和应用。本发明将聚碳酸亚丙酯多元醇或者聚碳酸亚丙酯多元醇与其他常规聚合物多元醇混合，与异氰酸酯、扩链剂、交联剂、催化剂、磺酸型亲水扩链剂反应，之后加入水乳化，脱去溶剂，即得高固体含量水性聚氨酯树脂，然后加入流平剂、增稠剂、色浆、环保型助溶剂、消泡剂等助剂，得到以聚碳酸亚丙酯多元醇为原料制备的高固体含量水性聚氨酯涂料，成膜干燥速度快，丰满度高，具有良好的附着力、硬度和耐水耐溶剂性能。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯涂料领域，特别涉及到以聚碳酸亚丙酯多元醇作为其中一种必要组分的高固体含量水性聚氨酯乳液的合成以及将该水性聚氨酯乳液与其他助剂混合制备水性聚氨酯涂料和应用。

背景技术

目前，用于涂料的树脂主要包括丙烯酸、醇酸类、聚氨酯类等树脂，但是其中绝大部分均是溶剂型树脂。溶剂型涂料存在的有机溶剂易燃、易爆、易挥发，对环境和人们的健康无疑会造成十分严重的破坏。随着环保法规的日益严格和人们环保意识的提高，追求环境友好型产品已经成为大势所趋，溶剂类产品将逐步被水性产品所代替。

水性聚氨酯由于其结构的可调节性，综合性能优异，已经广泛应用于胶黏剂、皮革涂饰剂、汽车内饰、涂料等领域，但是由于现在合成水性聚氨酯原料的局限性，使得其制备的涂膜在硬度、丰满度、耐磨、耐水性和耐溶剂性能方面有所欠缺。

聚碳酸亚丙酯多元醇是由二氧化碳和环氧丙烷等共聚而成的一种脂肪族多元醇，与性能相近的聚碳酸酯多元醇相比，除了制备反应操作简单、成本低廉外，还能有效提高对于二氧化碳的综合利用，缓解“温室效应”。由于其结构中含有31～50％的聚碳酸酯结构，兼具聚碳酸酯和聚醚的优良特性，故其具备优异的耐磨、耐水耐溶剂性能。所以可以通过使用聚碳酸亚丙酯多元醇为原料制备具有良好性能的水性聚氨酯涂料。

目前制约水性聚氨酯材料应用的另一个因素就是固体含量较低。市面上水性聚氨酯乳液的固含量大多在30～40％，制备高固体含量的水性聚氨酯一方面可以降低运输费用，另一方面能够减少后续烘干步骤，降低能源消耗。所以制备高固体含量水性聚氨酯涂料迫在眉睫，但是单纯依靠羧酸型亲水扩链剂(如二羟甲基丙酸等)很难制备高固含量水性聚氨酯乳液。中国专利CN 103626953公开了一种磺酸盐型水性聚氨酯乳液的合成方法，使用自制的磺酸型聚酯二元醇为原料，与其他多元醇混合，制备了较高固含量的水性聚氨酯乳液，但是制备该磺酸型聚酯二元醇操作复杂，结构调节空间小，使用量较大，性价比不高。中国专利CN102010650公开了一种以聚碳酸亚丙酯多元醇为原料制备的水性聚氨酯涂料树脂，但是其公开的只是树脂合成的一般方法，没有提及高固体含量水性聚氨酯乳液的合成，也没有具体公开其涂料制备工艺。中国专利CN103755911公开了一种环保型聚碳酸亚丙酯型水性聚氨酯涂料的制备，其创新点在于使用有机铋作为环保型催化剂，采用两步法合成稳定性较好的水性聚氨酯涂料，并没有涉及到高固体含量水性聚氨酯乳液的合成。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种高固体含量的水性聚氨酯树脂的制备方法，该方法利用性价比较高的聚碳酸亚丙酯多元醇作为必要组分，通过添加较少用量磺酸盐型亲水扩链剂，利用后扩链方式，制得一种高固体含量水性聚氨酯树脂，操作简便，消耗溶剂量较少。，利用该树脂制备的涂料漆膜具有优异的硬度、丰满度、附着力和耐水耐溶剂性能。

一种高固体含量水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将5～45重量份聚碳酸亚丙酯多元醇、15～50重量份异氰酸酯在70～90℃下反应2～4小时，得到混合溶液A；

作为优选，还可以加入0～20重量份其他常规聚合物二元醇；

步骤(2)、在上述混合溶液A中加入0.2～7重量份扩链剂、50～100重量份丙酮或丁酮，搅拌混匀后加入0.02～0.3重量份催化剂，置于60～70℃下反应5～8小时，得到混合溶液B；

作为优选，还可以加入0～4重量份交联剂；