CN103436155A - 一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，在二月桂酸二丁基锡催化剂存在的条件下，将双酚S与二异氰酸酯混合，于60~85℃下搅拌反应1.5~3.5h，得到聚氨酯预聚体A；向A中加入羧基含量为A重量1.2~4.6％的亲水扩链剂，搅拌反应时间为40~80min，再加入A重量15~35％的溶剂，于80~95℃条件下搅拌反应1.0~4.0h，按COOH/NH2的摩尔比为0.6:1~1.6:1，加入三乙胺进行中和，搅拌反应30~70min，加水进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料。所制备的耐光性水性聚氨酯环保、价格低廉，能满足市场对耐光性聚氨酯性能的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性聚氨酯的制备方法，特别涉及一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法。
背景技术
水性聚氨酯以水为分散介质，无毒无味、不污染环境，广泛应用于木器涂料、汽车修补涂料、防腐涂料、建筑涂料、地坪漆、电子涂料、特种涂料、聚氨酯防水涂料等。但由于使用领域常接触太阳光，太阳光线中含有大量对浅色物体有害的紫外光，其波长290~460nm，这些紫外光通过化学上的氧化还原作用，使材料表面发生颜色变化，影响表面外观。
目前耐光性聚氨酯有两种制备方式，其一，用聚碳酸酯二醇替代聚酯二元醇或者聚醚二元醇与异氰酸酯进行预聚，该方式合成的聚氨酯有较好的耐光性，但所合成的聚氨酯膜太硬；另一种方式是将聚氨酯与纳米材料如纳米二氧化钛、纳米氧化锌、碳纳米管等复配，提高聚氨酯的耐光性，但由于纳米材料乳液的稳定性较差，该法制备的聚氨酯储存稳定性较差。
发明内容
本发明采用了以下技术方案。
（1)、在二月桂酸二丁基锡催化剂存在的条件下，按NCO/OH 的摩尔比为1.2:1~3.5:1，将双酚S与二异氰酸酯混合，于60~85℃下搅拌反应1.5~3.5h，得到聚氨酯预聚体A；所述催化剂用量为双酚S与二异氰酸酯总重量的0.3~0.6％；
（2)、向A中加入羧基含量为A重量1.2~4.6％的亲水扩链剂，搅拌反应时间为40~80min，加入A重量15~35％的溶剂，于80~95℃条件下搅拌反应1.0~4.0h，按COOH/NH2 的摩尔比为0.6:1~1.6:1，加入三乙胺进行中和，搅拌反应30~70min，加水进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料B；
二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二异氰酸三甲基六亚甲基酯、赖氨酸二异氰酸酯中任意一种；亲水扩链剂为甲戊二羟酸、2,3-二羟基丁二酸、N,N-二羟乙基甘氨酸、2,2-二羟甲基丁酸、3-羟基-2-(羟甲基)-2-甲基丙酸中的任意一种；溶剂为二甲基亚砜、甲乙酮、吡啶中的任意一种。
本发明具有以下特点：
（1）、所制备的耐光性水性聚氨酯与材料相容性好；
(2)、选择的二异氰酸酯具有很好的耐光性；
（3）、采用双酚S取代传统的聚酯二元醇或聚醚二元醇，所制备的聚氨酯耐光性好，所成膜软硬适中、耐溶剂性和耐磨性大幅提高；
（4）、二甲基亚砜、甲乙酮、吡啶取代传统的聚氨酯合成所使用的DMF溶剂，降低了聚氨酯的毒性。
具体实施方式 下面结合实例进一步说明本发明。
实例一
（1)、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将双酚S25g与六亚甲基二异氰酸酯20.2g混合，在二月桂酸二丁基锡催化剂0.14g存在的条件下，于60℃下搅拌反应1.5h，得45.1g聚氨酯预聚体A；
（2)、向聚氨酯预聚体中加亲水扩链剂甲戊二羟酸1.64g，搅拌反应时间为40min，往A中加入二甲基亚砜6.8g，于80℃条件下搅拌反应1.0h，加入三乙胺2.0g进行中和，搅拌反应30min，加水150g进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料B；
实例二
（1)、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将双酚S25g与异佛尔酮二异氰酸酯77.7g混合，在二月桂酸二丁基锡催化剂0.62g存在的条件下，于85℃下搅拌反应3.5h，得102.5g聚氨酯预聚体A；
（2)、向聚氨酯预聚体中加亲水扩链剂2,3-二羟基丁二酸7.9g，搅拌反应时间为80min，往A中加入甲乙酮35.9g，于95℃条件下搅拌反应4.0h，加入三乙胺6.6g进行中和，搅拌反应70min，加水160g进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料B；
实例三
（1)、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将双酚S25g与二异氰酸三甲基六亚甲基酯50.4g混合，在二月桂酸二丁基锡催化剂0.34g存在的条件下，于75℃下搅拌反应2.5h，得75.1g聚氨酯预聚体A；
（2)、向聚氨酯预聚体中加亲水扩链剂N,N-二羟乙基甘氨酸7.9g，搅拌反应时间为60min，往A中加入吡啶18.8g，于90℃条件下搅拌反应2.5h，加入三乙胺4.5g进行中和，搅拌反应50min，加水170g进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料B；
实例四
（1)、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将双酚S25g与赖氨酸二异氰酸酯54.2g混合，在二月桂酸二丁基锡催化剂0.35g存在的条件下，于75℃下搅拌反应2.5h，得78.1g聚氨酯预聚体A；
（2)、向聚氨酯预聚体中加亲水扩链剂3-羟基-2-(羟甲基)-2-甲基丙酸5g，搅拌反应时间为60min，往A中加入吡啶15.6g，于90℃条件下搅拌反应2.5h，加入三乙胺4.9g进行中和，搅拌反应50min，加水170g进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料B；
为了定量描述聚氨酯的耐光性能，采用分光光度仪进行检测，以得到反色差值△E，来描述聚氨酯的耐光性。△E代表了颜色变化程度，△E越大，颜色改变越明显。一般来说，△E值为0～1.5属轻微变化；△E值为1.5～3.0属可感变化；△E值为3.0～6.0属明显变化（参见王芳，党高潮，王丽琴，几种有机文物保护聚合物涂料的光降解[J].西北大学学报，2005，35(5)：56~58）。聚氨酯膜的力学性能采用断裂伸长率来衡量，断裂伸长率越大，其力学性能越好。断裂伸长率的测试方法见（蒋维祺.皮革成品理化检验[M].中国轻工业出版社，1999，82~96）。将实例一到实例四所得的耐光性聚氨酯分别记为D、F、G、H，选用市场上的耐光性聚氨酯PODESENG 513MS与之进行对比。
表一 不同紫外光照射时间下聚氨酯的色差值△E变化
| 时间/min | PODESENG 513MS | D | F | G | H |
| 90 | 0.7 | 0.3 | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
| 150 | 0.9 | 0.4 | 0.6 | 0.2 | 0.1 |
| 270 | 1.0 | 0.5 | 0.7 | 0.3 | 0.3 |
| 330 | 1.1 | 0.5 | 0.7 | 0.4 | 0.4 |
| 390 | 1.3 | 0.7 | 0.8 | 0.5 | 0.6 |
| 450 | 1.5 | 0.8 | 0.8 | 0.6 | 0.7 |
| 510 | 1.8 | 0.9 | 0.9 | 0.7 | 0.9 |
| 540 | 2.1 | 1.0 | 1.1 | 0.7 | 0.9 |
| 600 | 2.3 | 1.1 | 1.1 | 1.0 | 1.0 |
从表一可以发现，实例一到实例四所制备的四种聚氨酯耐光性均在轻微变化范围内，显示很好的耐光性，而市场上的耐光性聚氨酯在510min以上，已经属于可感变化。
表二 耐光性水性聚氨酯膜断裂伸长率
| 类别 | PODESENG 513MS | D | F | G | H |
| 断裂伸长率/% | 188.26 | 227.67 | 222.52 | 221.80 | 223.54 |
表二中，实例一到四所得的耐光性聚氨酯膜断裂伸长率比市场的耐光性聚氨酯的断裂伸长率要大。
Claims (4)
1.一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：
（1)、在二月桂酸二丁基锡催化剂存在的条件下，按NCO/OH 的摩尔比为1.2:1~3.5:1，将双酚S与二异氰酸酯混合，于60~85℃下搅拌反应1.5~3.5h，得到聚氨酯预聚体A；所述催化剂用量为双酚S与二异氰酸酯总重量的0.3~0.6％；
（2)、向A中加入羧基含量为A重量1.2~4.6％的亲水扩链剂，搅拌反应时间为40~80min，加入A重量15~35％的溶剂，于80~95℃条件下搅拌反应1.0~4.0h，按COOH/NH2 的摩尔比为0.6:1~1.6:1，加入三乙胺进行中和，搅拌反应30~70min，加水进行乳化，形成一种耐光性水性聚氨酯涂料B。
2.如权利要求1所述的一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二异氰酸三甲基六亚甲基酯、赖氨酸二异氰酸酯中任意一种。
3.如权利要求1所述的一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：亲水扩链剂为甲戊二羟酸、2,3-二羟基丁二酸、N,N-二羟乙基甘氨酸、2,2-二羟甲基丁酸、3-羟基-2-(羟甲基)-2-甲基丙酸中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：溶剂为二甲基亚砜、甲乙酮、吡啶中的任意一种。
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