[发明专利]一种水性聚氨酯固化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种水性聚氨酯固化剂的制备方法，属于化工材料制备技术领域。本发明制备的聚氨酯固化剂中长链脂肪族异氰酸酯为HDI类固化剂，它含有柔顺性较好的亚甲基长链，所以由它所制备的聚氨酯具有优异的力学性能，本发明聚氨酯固化剂中氨基树脂与聚氨酯中强极性基团如聚醚链段之间会发生局部酯化反应而高密度交联，形成双层网状结构，提高了聚氨酯的耐水性，吸油胶粉中精油挥发性极强，可通过加热固化的方式，使精油可从微胶囊中缓慢挥发释放出来，然后在聚氨酯固化剂的水相中微乳化，使水的液滴变小，便于溶剂挥发，快速固化成膜。

技术领域

本发明公开了一种水性聚氨酯固化剂的制备方法，属于化工材料制备技术领域。

背景技术

传统的聚氨酯涂料通常为溶剂型，含有大量的挥发性有机溶剂，在生产和使用中释放出大量有害的挥发性有机化合物。随着各国环境保护法规对VOC的限制和人们环保意识的不断增强，环保型聚氨酯涂料的开发及应用逐渐受到人们的重视。水性聚氨酯涂料以水为基本介质，具有无毒、不易燃烧、节能、VOC含量低等环保方面的优点，正逐渐作为溶剂型聚氨酯涂料的替代产品在很多领域被广泛应用。

多异氰酸酯固化剂是聚氨酯涂料的重要组成部分，主要包括TDI、MDI、IPDI和HDI等二异氰酸酯的衍生物。其中，基于HDI的固化剂属于脂肪族固化剂，一方面因其不含苯环这类易被氧化的基团，另一方面因为不受共轭效应与诱导效应的影响，所以其异氰酸酯基的反应活性低于芳香族的异氰酸酯基。在多异氰酸酯的亲水化研究中，Rudolf等人利用质量分数60%的MDI和质量分数40%的PAPI混合物与单官能度聚氧化乙烯醇反应，制备了可水分散多异氰酸酯，但其适用期较短，不超过3小时。其主要原因是MDI和PAPI均为芳香族多异氰酸酯，由于苯环的存在，使得NCO基团之间发生诱导效应，异氰酸酯的反应活性大大增加，与水反应速率大大高于脂肪族多异氰酸酯，在配成油漆后，会很快与水发生反应生成脲，使得油漆的交联密度迅速上升，适用期缩短。

水性聚氨酯固化剂是在传统的聚氨酯固化剂的基础上引入亲水基团来对其进行改性，使其易于在水中乳化分散，并保持一定的稳定性。常用的改性方法为直接乳化法和内乳化法。直接乳化法是指聚氨酯分子中的亲水性链段或基团含量很少，不足以自乳化，或者是其链中根本不含亲水性成分，故需要外加乳化剂，在强剪切力的作用下在水中分散或乳化。但这种方法所制得的分散液极其粗糙，而且加入的乳化剂在漆油成膜后会游离于成膜物的表层，使得成膜物表面亲水，涂膜的耐水性下降。内乳化法是在制备聚氨酯的过程中引入亲水基团，不需要添加乳化剂，由于聚氨酯分子骨架中含有亲水性的成分，因此在乳化阶段无需强力搅拌就能自身分散形成乳液。内乳化法主要包括：阳离子改性、阴离子改性、非离子改性以及混合改性。阳离子改性即是在聚氨酯固化剂中引入含有阳离子的物质，再中和成盐，即可获得具有亲水性的聚氨酯固化剂。阴离子改性是用含羧基、磺酸基或磷酸基等阴离子基团的含羟基树脂进行水性聚氨酯固化剂改性，再加入中和剂（如三甲胺、三乙胺、N-甲基吡咯等）分散于水中。非离子改性一般使用聚醚多元醇进行亲水改性，但在改性过程中需要用到大量的聚醚才能使水性聚氨酯固化剂有较好的水分散性，这不仅会导致涂膜干燥时间长，耐水性下降，而且还会使固化剂中有效-NCO百分含量大幅度下降。

因此，发明一种涂膜干燥速度快且耐水性好的聚氨酯固化剂对化工材料制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对现有的聚氨酯固化剂为获得良好的水分散性，它们都在体系中加入了大量的聚醚，得到的固化剂体系粘度大，NCO含量低，过多的引入亲水聚醚软段还导致了涂膜干燥速度慢、耐水性差的缺陷，提供了一种水性聚氨酯固化剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种水性聚氨酯固化剂的制备方法为：

取长链脂肪族异氰酸酯、氨基树脂、聚二甲基硅氧烷、异佛尔酮、三乙醇胺、吸油胶粉置于高速分散机中，以3000～3500r/min的转速高速分散15～20min，再加入聚乙二醇调粘，得到水性聚氨酯固化剂；