專利名稱：一種水性聚氨酯乳液涂料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種涂料及其制備方法，尤其是涉及一種水性聚氨酯乳液涂料及其制
備方法。
背景技術：
聚氨酯(PU)涂料具有優(yōu)異的耐磨蝕、柔韌性、附著力和耐化學品性等性能，廣泛 用作木器漆、建筑涂料、汽車漆及防水涂料等領域。由于溶劑型分聚氨酯中含有大量有機溶 劑，嚴重污染環(huán)境，特別是溶劑型的殘留異氰酸酯單體，毒性很高，對人的身體健康危害極 大。 隨著人類生活質量的提高，環(huán)保法規(guī)也越來越嚴格，各種環(huán)保條例對揮發(fā)性有機 化合物(V0C)的排放量、有害溶劑的含量都有嚴格限制。水性聚氨酯由于其以水為分散介 質，不僅具有無毒、不易燃燒、不污染環(huán)境、節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點，因此近年來水性聚氨酯 乳液涂料獲得了廣泛的關注。但國內水性聚氨酯乳液的研究起步較晚，發(fā)展也較緩慢。70 年代后期國內對其開展了相關的研究，但聚醚型、甲苯二異氰酸酯(TDI)芳香族型占絕大 多數，其合成出的水性聚氨酯容易黃變，且膜的表面發(fā)粘，機械性能也不太理想。本發(fā)明對 聚酯型和異福爾酮二異氰酸酯(IPDI)的水性聚氨酯的合成進行了研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種耐黃變、耐水性 較好、在PET薄膜上易剝離，具有較好的耐模壓溫度的水性聚氨酯乳液涂料及其制備方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現 —種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，該涂料包括以下組分及含量(wt% ): 異福爾酮二異氰酸酯 20 40 ; 聚酯 20 40 ; 親水性擴鏈劑 5 10 ; 擴鏈劑 2 10; 交聯劑 1 3; 中和劑 3 10; N-甲基吡咯烷酮 0. 5 8。 所述的聚酯包括市售聚酯210N或聚酯220N。 所述的親水性擴鏈劑包括二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、酒石酸或乙二胺基乙磺 酸鈉。 所述的擴鏈劑包括異福爾酮二胺、乙二胺、三甲基乙二胺、乙二醇、甲基丙二醇、一
縮乙二醇、1，4_ 丁二醇或對苯二酚二羥乙基醚。 所述的交聯劑包括三羥甲基丙烷、三乙醇胺或三乙胺。 所述的中和劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、三乙胺、三甲胺或N， N-二甲基乙醇胺。
一種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟
(1)備料
按照以下組分及含量(Wt％)備料
異福爾酮二異氰酸酯20一40，
聚酯20一40，
親水性擴鏈劑5一lo，
擴鏈劑2一lo，
交聯劑l一3，
中和劑3一lo，
N一甲基吡咯烷酮o．5—8；
(2)聚酯除水
稱取聚酯，將該聚酯加熱至110—130℃，并利用油泵抽真空干燥o．5—2h，然后將聚酯降溫到70一85℃；
(3)預聚物合成
把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯中，控制溫度為70一85℃攪拌反應l一3h，然后加入親水性擴鏈劑及交聯劑，繼續(xù)攪拌l一3h，得到預聚物；
(4)預聚物中和
將預聚物的溫度降至40一50℃，加入N一甲基吡咯烷酮，再通過恒壓滴定漏斗滴加中和劑，攪拌反應15—45min；
(5)擴鏈及乳化
將擴鏈劑溶解在水中，再通過恒壓滴定漏斗將擴鏈劑溶液滴加到中和后的預聚物中，攪拌速率控制在1000—3000rpm，攪拌20一40min后取出液體，靜置，即得到樣品。
與現有技術相比，本發(fā)明有效提高了聚合物的分子量，玻璃化溫度和熔融溫度有大幅度提高，制成的膜具有特別優(yōu)良的耐黃變性及耐溫性，不易分解或變黃，能長期保持原有的光澤及色澤，還有較好的耐酸、堿、鹽、油脂、洗滌劑等化學品的耐腐蝕性能。此外，該涂料成膜后的斷裂伸長率和斷裂強度等機械性能都非常優(yōu)異。同時，水性聚氨酯五色透明，不含有丙酮等易揮發(fā)性溶劑，比常規(guī)的丙酮法制得的水性聚氨酯的V。C含量更小。而提高水性聚氨酯的耐溫性后，使其可以更適應包裝領域的生產工藝。具體優(yōu)點如下
(1)該產品具有優(yōu)良的耐黃變性，將膜在紫外光下連續(xù)照射1681l，其色差值<o．5
(2)耐溫變性好，水性聚氨酯乳液經過6個凍融溫變循環(huán)(一20℃一20℃)，未見沉淀；i-0040-I (3)耐水、耐醇性好，將水性聚氨酯鑄成一定形狀厚度的薄膜，置于水或醇中，48h不發(fā)白，吸水率<15％；
(4)在一定壓力下，耐模壓溫度高，將水性聚氨酯涂在鍍鋁白卡紙上，一定溫度下烘干后，膜在180一200℃下不發(fā)粘；
(5)剝離性好，將水性聚氨酯涂均勻涂在PET薄膜上，其剝離力小，且拖尾明顯；
(6)穩(wěn)定性好，通過離心機3000轉離心15min后無沉淀，常規(guī)保存穩(wěn)定時間大于6個月。
具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1 —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、5g異福爾酮二胺、lg三羥甲基丙烷、3.77g三乙胺、2gN-甲基吡咯烷酮(5mL);
(2)預聚物的制備將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然后降溫至8(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應2h，隨后加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續(xù)反應 lh，然后降溫至5(TC，采用三乙胺作為中和劑，利用恒壓滴定漏斗將中和劑加入三口燒瓶 中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節(jié)粘度，攪拌30min，得到預聚物；
(3)乳液的制備 稱取128g去離子水，將異福爾酮二胺溶解在其中，控制攪拌機的速率為2000rpm， 利用恒壓滴定漏斗將異福爾酮二胺溶液滴加到預聚物中，攪拌30min后取出靜置，即可得 到水性聚氨酯乳液涂料。
實施例2 —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、5g異福爾酮二胺、lg三羥甲基丙烷、3. 32gN，N-二甲基乙醇胺、2g N-甲基吡咯 烷酮(5mL); (2)預聚物的制備 將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然后降溫至7(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應3h，隨后加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續(xù)反應 2h，然后降溫至4(TC，采用N， N-二甲基乙醇胺作為中和劑，利用恒壓滴定漏斗將中和劑加 入三口燒瓶中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節(jié)粘度，攪拌30min，得到預聚物；
(3)乳液的制備 稱取128g去離子水，將異福爾酮二胺溶解在其中，控制攪拌機的速率為2500rpm， 利用恒壓滴定漏斗將異福爾酮二胺溶液滴加到預聚物中，攪拌30min后取出靜置，即可得 到水性聚氨酯乳液涂料。
實施例3 —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、3g—縮乙二醇、lg三羥甲基丙烷、3. 77g三乙胺、3g N-甲基吡咯烷酮；
(2)預聚物的制備
將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然后降溫至7(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應5h，隨后加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續(xù)反應 2h，然后降溫至4(TC，采用三乙胺作為中和劑，利用恒壓滴定漏斗將中和劑加入三口燒瓶 中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節(jié)粘度，攪拌40min，得到預聚物；
(3)乳液的制備 稱取128g去離子水，將一縮乙二醇溶解在其中，控制攪拌機的速率為2500rpm，利 用恒壓滴定漏斗將一縮乙二醇溶液滴加到預聚物中，攪拌30min后取出靜置，即可得到水 性聚氨酯乳液涂料。
實施例4 —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及重量準備原料20g異福爾酮二異氰酸酯、20g市售聚酯210N、5g 二羥基丙酸、5g對苯二酚二羥乙基醚、lg三羥甲基丙烷、3. 77g三乙胺、3gN-甲基吡咯烷 酮； (2)預聚物的制備 將聚酯210N加入三口燒瓶中，抽真空加熱到13(TC，除水lh，然后降溫至7(TC，將 異福爾酮二異氰酸酯加入燒瓶中，反應5h，隨后加入二羥基丙酸及三羥甲基丙烷，繼續(xù)反應 2h，然后降溫至4(TC，采用三乙胺作為中和劑，利用恒壓滴定漏斗將中和劑加入三口燒瓶 中，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)調節(jié)粘度，攪拌40min，得到預聚物；
(3)乳液的制備 稱取128g去離子水，將對苯二酚二羥乙基醚溶解在其中，控制攪拌機的速率為 2500rpm，利用恒壓滴定漏斗將對苯二酚二羥乙基醚溶液滴加到預聚物中，攪拌30min后取
出靜置，即可得到水性聚氨酯乳液涂料。
實施例5 —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及含量備料20g異福爾酮二異氰酸酯、40g市售聚酯220N、5g親水 性擴鏈劑酒石酸、2g擴鏈劑乙二醇、lg交聯劑三乙醇胺、3g中和劑氫氧化鈉、0. 5g N-甲基 吡咯烷酮(NMP);
(2)聚酯除水 將聚酯220N加熱至ll(TC，并利用油泵抽真空干燥O. 5h，然后將聚酯降溫到70°C;
(3)預聚物合成 把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯220N中，控制溫度為7(TC攪拌反應lh，然后加入 親水性擴鏈劑酒石酸及交聯劑三乙醇胺，繼續(xù)攪拌lh，得到預聚物；
(4)預聚物中和 將預聚物的溫度降至40°C ，加入N-甲基吡咯烷酮，再通過恒壓滴定漏斗滴加中和 劑氫氧化鈉溶液，攪拌反應15min ;
(5)擴鏈及乳化 將擴鏈劑乙二醇溶解在130g去離子水中，再通過恒壓滴定漏斗將乙二醇溶液滴加到中和后的預聚物中，攪拌速率控制在1000rpm，攪拌40min后取出液體，靜置，即得到水
性聚氨酯乳液涂料。 實施例6 —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)備料 按照以下組分及含量備料40g異福爾酮二異氰酸酯、40g市售聚酯220N、 10g親水 性擴鏈劑乙二胺基磺酸鈉、10g擴鏈劑甲基丙二醇、3g交聯劑三羥甲基丙烷、10g中和劑氨 水、8gN-甲基吡咯烷酮(NMP);
(2)聚酯除水 將聚酯220N加熱至130°C，并利用油泵抽真空干燥2h，然后將聚酯降溫到85°C ; [OO95] (3)預聚物合成 把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯中，控制溫度為85t:攪拌反應3h，然后加入親水 性擴鏈劑乙二胺基磺酸鈉及交聯劑三羥甲基丙烷，繼續(xù)攪拌3h，得到預聚物；
(4)預聚物中和 將預聚物的溫度降至50°C ，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，再通過恒壓滴定漏斗滴 加中和劑氨水，攪拌反應45min ; [OO"] (5)擴鏈及乳化 將擴鏈劑甲基丙二醇溶解在水中，再通過恒壓滴定漏斗將甲基丙二醇溶液滴加到 中和后的預聚物中，攪拌速率控制在3000rpm，攪拌40min后取出液體，靜置，即得到水性聚 氨酯乳液涂料。
權利要求
一種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，該涂料包括以下組分及含量(wt％)異福爾酮二異氰酸酯20～40；聚酯 20～40；親水性擴鏈劑 5～10；擴鏈劑2～10；交聯劑1～3；中和劑3～10；N-甲基吡咯烷酮0.5～8。
2.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，所述的聚酯包括市售聚酯210N或聚酯220N。
3. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，所述的親水性擴鏈 劑包括二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、酒石酸或乙二胺基乙磺酸鈉。
4. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，所述的擴鏈劑包括 異福爾酮二胺、乙二胺、三甲基乙二胺、乙二醇、甲基丙二醇、一縮乙二醇、l，4-丁二醇或對 苯二酚二羥乙基醚。
5. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，所述的交聯劑包括 三羥甲基丙烷、三乙醇胺或三乙胺。
6. 根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯乳液涂料，其特征在于，所述的中和劑包括 氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、三乙胺、三甲胺或N， N-二甲基乙醇胺。
7. —種水性聚氨酯乳液涂料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)備料按照以下組分及含量(wt% )備料 異福爾酮二異氰酸酯 20 40，聚酯 20 40，親水性擴鏈劑 5 10，擴鏈劑 2 10，交聯劑 1 3，中和劑 3 10，N-甲基吡咯烷酮 0. 5 8 ;(2) 聚酯除水稱取聚酯，將該聚酯加熱至110 13(TC，并利用油泵抽真空干燥0. 5 2h，然后將聚 酯降溫到70 85°C ;(3) 預聚物合成把異福爾酮二異氰酸酯加入聚酯中，控制溫度為70 85t:攪拌反應1 3h，然后加入 親水性擴鏈劑及交聯劑，繼續(xù)攪拌1 3h，得到預聚物；(4) 預聚物中和將預聚物的溫度降至40 50°C ，加入N-甲基吡咯烷酮，再通過恒壓滴定漏斗滴加中和 齊U，攪拌反應15 45min ;(5) 擴鏈及乳化將擴鏈劑溶解在水中，再通過恒壓滴定漏斗將擴鏈劑溶液滴加到中和后的預聚物中， 攪拌速率控制在1000 3000rpm，攪拌20 40min后取出液體，靜置，即得到樣品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水性聚氨酯乳液涂料及其制備方法，該涂料包括以下組分及含量(wt％)異福爾酮二異氰酸酯20～40、聚酯20～40、親水性擴鏈劑5～10、擴鏈劑2～10、交聯劑1～3、中和劑3～10、N-甲基吡咯烷酮0.5～8，制備工藝包括備料、聚酯除水、預聚物合成、預聚物中和、擴鏈及乳化步驟。與現有技術相比，本發(fā)明只使用少量的高沸點溶劑，不采用丙酮，使產品不具有丙酮殘留，具有優(yōu)良的耐溫性、耐候性、剝離性和耐水性，在包裝涂料領域上有廣泛的應用。
文檔編號C09D5/20GK101709198SQ200910200069
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2009年12月7日
發(fā)明者劉杰, 戴煒楓, 朱先義, 鄧慶儀 申請人:上海乘鷹新材料有限公司