[发明专利]一种水性封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法

说明书

本发明公开了下式所示的一种高解封温度的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法。在冰浴条件下将异氰酸酯三聚体与羟乙基乙二胺进行反应制备支化型聚合物骨架，然后以芳香族二异氰酸酯与聚合物骨架进行反应得到异氰酸酯基团封端的预聚体，最后以三甲基羟乙基乙二胺封闭残余的活性异氰酸酯基团，并以有机酸中和，得到一种高解封温度的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂，在阴极电泳涂料及烤漆等领域有较高的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种水性封闭型聚异氰酸酯交联剂及其制备方法。

背景技术

早在1949年Petersen首次对异氰酸酯(NCO)基的封端化作了报道，然后Wicks(Blocked isocynate[J].progress in organic coatings,1975,3:73-99)对异氰酸酯的封闭及其使用方法等问题作了详细的评述。与非封闭型聚异氰酸酯交联剂相比，封闭型聚异氰酸酯交联剂解决了异氰酸酯基团的反应活性大、对湿气非常敏感以及与树脂混合后的使用期短等问题。如今，随着降低涂料VOC含量等方面的法律法规日益健全，涂料的水性化发展已经成为了主流趋势，但相比溶剂型涂料，水性涂料存在着耐水性、耐溶剂性以及耐高温较差的问题，所以为了改善其物理机械性能，水性封闭型聚异氰酸酯交联剂已成为人们关注的重点。

一般情况下，水性封闭型聚异氰酸酯交联剂的制备方法是在高分子的主链或支链结构中引入离子或非离子的亲水基团，如吕贻胜等(封闭型水性多异氰酸酯固化剂的制备及其性能研究[J].涂料工业,2007,37(12):17-19)利用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体与非离子的亲水性扩链剂乙二醇单甲醚反应得到异氰酸酯封端的预聚体，然后以甲乙酮肟为封闭剂制备了封闭型水性多异氰酸酯固化剂，明显改善了固化后水性聚氨酯涂膜的耐水、耐溶剂及力学性能；T.Wang等以IPDI和三乙醇胺(TEOA)为原料合成预聚体，然后分别以丁醇(BAO)和3,5-二甲基吡唑(DMP)为封闭剂得到阳离子封闭型聚异氰酸酯交联剂，当使用DMP作为封闭剂时能更好的满足树脂的固化性能。但目前以端基的亲水性来改善整个交联剂分子的亲水性的相关研究报道甚少。

发明内容

本发明从分子结构设计出发，首先利用异氰酸酯三聚体与不同活泼氢的反应活性差异，制备支化型聚合物骨架，然后以高活性的芳香族二异氰酸酯与聚合物骨架反应，得到异氰酸酯基团封端的预聚体，同时将芳环结构引入到交联剂结构中，利于提高后期固化涂层的机械性能，最后加入亲水性封闭剂，并以有机酸中和，利用端基的高亲水性实现交联剂的水分散性，制备出一种水性封闭型聚异氰酸酯交联剂，在阴极电泳涂料以及烤漆等方面有较高的应用研究价值。

本发明一种水性封闭型聚异氰酸酯交联剂的化学结构式如下所示：

式中：

R₁＝HCOO、CH₃COO、HCOOCOO。

本发明一种水性封闭型聚异氰酸酯交联剂的制备方法如下：以下均以质量份数表示

在氮气保护和机械搅拌作用下，将18.0～21.0份有机溶剂和9.7～13.3份异氰酸酯三聚体加入到四口烧瓶中，在冰浴条件下，于0.1～0.5h内将1.8～3.2份有机溶剂和1.0～1.1份的羟乙基乙二胺滴加到体系中，反应0.5～1.0h至NCO含量达到理论值，然后加入2.0～4.0份的有机溶剂和3.5～5.0份的二异氰酸酯，升温至40～50℃，保温反应1.0～1.5h，使NCO含量达到理论值，然后于0.2～0.5h加入7.7～8.0份的三甲基羟乙基乙二胺，保温反应2.0～3.0h，最后冷却至室温，加入4.4～9.0份的有机酸，搅拌0.2～0.5h，得到一种水性封闭型聚异氰酸酯交联剂。