一種高強改性水性聚氨酯涂料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高強度改性水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括以下組分：改性水性聚氨酯乳液55-70份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯3-6份、甲基環己基二異氰酸酯1-3份、改性納米二氧化硅溶膠3-9份、納米二氧化鈦5-15份、納米碳管3-6份、納米氧化鋅3-8份、改性高嶺土20-40份、成膜助劑1-4份、有機溶劑3-8份、含雙鍵硅烷偶聯劑0.5-3份、消泡劑0.8-1.9份、流平劑0.5-1.8份、潤濕劑0-0.9份、水40-80份。本發明所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其耐熱性好，強度高，環保，污染少。
【專利說明】一種高強改性水性聚氨酯涂料
【技術領域】
[0001]本發明涉及涂料【技術領域】，尤其涉及一種高強度改性水性聚氨酯涂料。
【背景技術】
[0002]水性聚氨酯是用水代替有機溶劑作為分散介質，聚氨酯粒子分散在其中的二元膠態體系，與溶劑型聚氨酯相比，具有氣味小、無污染、無毒、成本低、耐化學品、耐磨損、成膜溫度低、可在室溫固化、可與多種水性樹脂混合、可用水稀釋、操作方便、易于清理的優點，目前在涂料、粘接劑、染整領域有著廣泛的應用。然而水性聚氨酯因強度低、耐熱性和耐水性差，限制了其應用范圍。當前階段國內外許多聚氨酯方面的科研工作者致力于水性聚氨酯的改性研究，以彌補其性能方面的不足。
【發明內容】
[0003]本發明提出了一種高強度改性水性聚氨酯涂料，其耐熱性好，強度高，環保，污染少。
[0004]本發明提出了一種高強度改性水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括以下組分:改性水性聚氨酯乳液55-70份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯3-6份、甲基環己基二異氰酸酯1-3份、改性納米二氧化硅溶膠3-9份、納米二氧化鈦5-15份、納米碳管3-6份、納米氧化鋅3-8份、改性高嶺土 20-40份、成膜助劑1-4份、有機溶劑3-8份、含雙鍵硅烷偶聯劑0.5-3份、消泡劑0.8-1.9份、流平劑0.5-1.8份、潤濕劑0-0.9份、水40-80份；
[0005]其中，所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將40-60份大豆油和8-15份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至42-48°C，滴加20-30份雙氧水，攪拌反應30_38h,加入8_15份氨水，攬拌反應2_3h后加入14-20份乙酸乙酯和32-50份水,靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有30-50份甲醇和50-80份異丙醇的燒瓶中，加入0.2-0.6份氟硼酸，攪拌升溫至55-65°C，反應2_2.6h后加入3_8份氨水，攪拌10-20min，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和20-35份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至85-90°C，反應1.5-1.8h，降溫至55-60°C，加入6-9份酒石酸、1-3份二月桂酸二丁基錫和5_8份丙酮，攪拌升溫至82-87。。，反應1.3-1.8h，降溫至35-38。。，加入5-8份氨水和50-80份水，攪拌1.5_2h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
[0006]優選地，其原料按重量份包括以下組分:改性聚氨酯乳液60-65份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯3.9-5.6份、甲基環己基二異氰酸酯1.9-2.3份、改性納米二氧化硅溶膠5-6.9份、納米二氧化鈦9-12份、納米碳管3.9-5.6份、納米氧化鋅5-6.8份、改性高嶺土29-32份、成膜助劑2-3.4份、有機溶劑5-6.8份、含雙鍵硅烷偶聯劑1.9-2.3份、消泡劑1.1-1.3份、流平劑1.2-1.6份、潤濕劑0.3-0.59份、水65-72份。
[0007]優選地，其原料按重量份包括以下組分:改性聚氨酯乳液63份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯4.3份、甲基環己基二異氰酸酯2.1份、改性納米二氧化硅溶膠6.3份、納米二氧化鈦10份、納米碳管4.6份、納米氧化鋅6.2份、改性高嶺土 31.5份、成膜助劑3.1份、有機溶劑5.7份、含雙鍵硅烷偶聯劑1.97份、消泡劑1.22份、流平劑1.36份、潤濕劑0.42份、水69份。
[0008]優選地，所述改性納米二氧化硅溶膠的改性劑為硅烷偶聯劑；所述改性納米二氧化硅溶膠的固含量為35-50wt%，粒徑為70-95nm。
[0009]優選地，所述改性高嶺土為濕法改性，濕法改性的改性劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的一種或者兩種的組合。
[0010]優選地，所述有機溶劑為乙醇、異丙醇、甲醇、丙醇、正丁醇、乙二醇、二乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙二醇、1，4- 丁二醇、戊二醇、丙三醇、二乙烯三胺中的一種或者多種的組合。
[0011]優選地，所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將45-52份大豆油和10-13份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至43-45°C，滴加23-27份雙氧水，攪拌反應33-36h，加入10-13份氨水，攪拌反應2.2-2.7h后加入16-18份乙酸乙酯和43-47份水，靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有39-43份甲醇和59-63份異丙醇的燒瓶中，加入0.35-0.46份氟硼酸，攪拌升溫至59-63°C，反應2.2-2.5h后加入6-7.8份氨水，攪拌13-17min，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和27-32份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至86-89°C，反應1.59-1.68h，降溫至57-59。。，加入6.9-7.8份酒石酸、1.7-2.3份二月桂酸二丁基錫和6-7.8份丙酮，攪拌升溫至84-86°C，反應1.5-1.58h，降溫至36_37°C，加入
5.9-6.8份氨水和59-72份水，攪拌1.7-1.9h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
[0012]本發明中，所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其原料中，改性水性聚氨酯乳液的重量份數可以為 55.3,56,56.8、58、59、59.6,60.3,61,61.5,62,62.3,63.5,64,64.6,65.8、66,66.8,67,67.3,68,68.5、69、69.4份，多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量份數可以為3.2,3.8、4、4.6、5、5.3,5.8份，甲基環己基二異氰酸酯的重量份數可以為1.2,1.3,1.46、1.5,1.6,1.78、1.8,2.56,2.6,2.7,2.85,2.9,2.94份，改性納米二氧化硅溶膠的重量份數可以為3.6、4、4.3,4.8,5.2,5.8、6、6.8、7、7.3,7.9、8、8.5份，納米二氧化鈦的重量份數可以為 5.3,5.9、6、6.2,6.7、7、7.5、8、8.3,9.4,10.5、11、11.6,12.4,13,13.5,14,14.6 份，納米碳管的重量份數可以為3.2,3.6,3.8、4、4.2,4.9、5、5.3,5.7,5.8份，納米氧化鋅的重量份數可以為 3.2,3.6,3.9、4、4.5,4.8,5.3,5.8、6、6.3,6.9、7、7.5 份，改性高嶺土的重量份數可以為 21,23,23.6,24,24.6,25,25.6,26,26.5、27、28、29.4,30,30.5,31,33.6、34,34.6,35,35.7,36,36.2,38,38.4,39,39.5 份，成膜助劑的重量份數可以為 1.2,1.6、1.8,2.3,2.6,2.8、3、3.8 份，有機溶劑的重量份數可以為 3.6,3.9、4、4.5,4.8,5.3,5.9、6、
6.2、7、7.3,7.8份，含雙鍵硅烷偶聯劑的重量份數可以為0.53,0.6,0.8,0.95、1、1.3,1.5、1.68,1.8,1.96,2,2.6,2.9 份，消泡劑的重量份數可以為 0.89,0.9,1.0,1.45,1.5,1.56、1.6,1.67,1.7,1.75,1.8,1.86 份，流平劑的重量份數可以為 0.56,0.6,0.63,0.7,0.75、
0.8,0.86,0.9,0.94、1.0,1.05、1.1,1.16、1.23、1.3,1.35、1.4,1.46、1.5,1.56、1.64、1.7、
1.75 份，潤濕劑的重量份數可以為 0.1,0.16,0.2,0.25,0.35,0.4,0.5,0.53,0.6,0.67、0.7、0.75,0.8、0.86 份，水的重量份數可以為 42,43,45.6,46,46.8,47,47.8,48,48.6、49,49.6,50,50.6、52、53、56、58.9、60、62、63.5,64,65.6,66,68.3,69.8,70,70.5、73、75、76.8,77,78.9,79,79.5 份。
[0013]水性聚氨酯耐候性好、耐磨性優異，并且具有一定的剛性和韌性，但是其膜的強度和耐熱性不好，需要進行改進，大豆油是一種可再生資源，具有良好的生物相容性、低毒性、良好的附著性，是一種快干油，在空氣中可以緩慢自我氧化交聯，本發明中，利用大豆油對水性聚氨酯進行了改性，避免了使用以石油為基礎的低聚物多元醇，降低了對石油的依賴性，環保的同時，使乳液中羥基增多，使大分子的交聯點增多，提高了涂層的強度和耐熱性；改性納米二氧化硅溶膠在乳液中粒徑均勻，分散均一，穩定性高，且其表面與乳液之間具有一定的鍵合作用，提高了涂料的耐熱性、耐磨性、耐劃傷性、強度和耐水性；改性高嶺土添加到體系中，與水性聚氨酯分子鏈發生吸附、纏結作用，當涂料結構受到破壞時，高嶺土粒子鈍化了裂紋的擴展，增加了阻滯裂紋擴展所消耗的應變能，從而使涂料的韌性得到改善，同時高嶺土片層結構，使聚氨酯分子鏈取向趨于一致，從而使得斷裂伸長率增加，改善了涂料的力學性能；另外，添加的納米氧化鋅在提高涂料機械性能、耐水性的同時還對細菌具有殺菌作用，納米二氧化鈦添加到涂料中，使涂料具有良好的熱穩定性和光學透明性。
[0014]本發明中，通過選擇合適的原料，控制原料的含量處于最佳比例，得到的高強度改性水性聚氨酯涂料強度高，耐熱性好，環保污染少。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例對本發明做出詳細說明，應當了解，實施例只用于說明本發明，而不是用于對本發明進行限定，任何在本發明基礎上所做的修改、等同替換等均在本發明的保護范圍內。
[0016]實施例1
[0017]本發明所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括以下組分:改性水性聚氨酯乳液55份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯6份、甲基環己基二異氰酸酯1份、改性納米二氧化硅溶膠9份、納米二氧化鈦5份、納米碳管6份、納米氧化鋅3份、改性高嶺土 40份、成膜助劑1份、丙醇2份、正丁醇3份、乙二醇3份、含雙鍵硅烷偶聯劑0.5份、消泡劑
1.9份、流平劑0.5份、潤濕劑0.9份、水40份；
[0018]其中，所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將40份大豆油和15份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至42°C，滴加30份雙氧水，攪拌反應30h，加入15份氨水，攪拌反應2h后加入20份乙酸乙酯和32份水，靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有50份甲醇和50份異丙醇的燒瓶中，加入0.6份氟硼酸，攪拌升溫至55°C，反應2.6h后加入3份氨水，攪拌20min，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和20份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至90°C，反應1.5h，降溫至60°C，加入6份酒石酸、3份二月桂酸二丁基錫和5份丙酮，攪拌升溫至87 V，反應1.3h，降溫至38°C，加入5份氨水和80份水，攪拌1.5h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
[0019]實施例2
[0020]本發明所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括以下組分:改性水性聚氨酯乳液70份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯3份、甲基環己基二異氰酸酯3份、改性納米二氧化硅溶膠3份、納米二氧化鈦15份、納米碳管3份、納米氧化鋅8份、改性高嶺土 20份、成膜助劑4份、有機溶劑3份、含雙鍵硅烷偶聯劑3份、消泡劑0.8份、流平劑1.8份、潤濕劑0份、水80份；
[0021]其中，所述改性納米二氧化硅溶膠的改性劑為硅烷偶聯劑；所述改性納米二氧化硅溶膠的固含量為50wt%，粒徑為70-95nm ;所述改性高嶺土為濕法改性，濕法改性的改性劑為硅烷偶聯劑；所述有機溶劑為乙醇、異丙醇、甲醇、丙醇、正丁醇、乙二醇、二乙二醇、
1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙二醇、1，4- 丁二醇、戊二醇、丙三醇、二乙烯三胺按任意重量份之比的組合；
[0022]所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將60份大豆油和8份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至48°C，滴加20份雙氧水，攪拌反應38h，加入8份氨水，攪拌反應3h后加入14份乙酸乙酯和50份水，靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有30份甲醇和80份異丙醇的燒瓶中，加入0.2份氟硼酸，攪拌升溫至65°C，反應2h后加入8份氨水，攪拌lOmin，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和35份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至85V’反應1.8h，降溫至55°C，加入9份酒石酸、1份二月桂酸二丁基錫和8份丙酮，攪拌升溫至82V，反應1.8h，降溫至35°C，加入8份氨水和50份水，攪拌2h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
[0023]實施例3
[0024]本發明所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括以下組分:改性聚氨酯乳液63份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯4.3份、甲基環己基二異氰酸酯2.1份、改性納米二氧化硅溶膠6.3份、納米二氧化鈦10份、納米碳管4.6份、納米氧化鋅6.2份、改性高嶺土 31.5份、成膜助劑3.1份、二丙二醇5.7份、含雙鍵硅烷偶聯劑1.97份、消泡劑1.22份、流平劑1.36份、潤濕劑0.42份、水69份；
[0025]其中，所述改性納米二氧化硅溶膠的改性劑為硅烷偶聯劑；所述改性納米二氧化硅溶膠的固含量為50wt%，粒徑為70-95nm ;所述改性高嶺土為濕法改性，濕法改性的改性劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑按任意重量份之比的組合；
[0026]所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將51份大豆油和12份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至44°C，滴加26份雙氧水，攪拌反應35h，加入12份氨水，攪拌反應2.6h后加入16.9份乙酸乙酯和45份水，靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有42份甲醇和62份異丙醇的燒瓶中，加入0.45份氟硼酸，攪拌升溫至62°C，反應2.45h后加入7.3份氨水，攪拌14min，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和31份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至88°C，反應1.63h，降溫至58°C，加入7.5份酒石酸、2.1份二月桂酸二丁基錫和
7.5份丙酮，攪拌升溫至85°C，反應1.53h，降溫至37°C，加入6.3份氨水和71份水，攪拌
1.76h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
[0027]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，其原料按重量份包括以下組分:改性水性聚氨酯乳液55-70份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯3-6份、甲基環己基二異氰酸酯1-3份、改性納米二氧化硅溶膠3-9份、納米二氧化鈦5-15份、納米碳管3-6份、納米氧化鋅3-8份、改性高嶺土 20-40份、成膜助劑1-4份、有機溶劑3-8份、含雙鍵硅烷偶聯劑0.5-3份、消泡劑0.8-1.9份、流平劑0.5-1.8份、潤濕劑0-0.9份、水40-80份； 其中，所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將40-60份大豆油和8-15份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至42-48°C，滴加20-30份雙氧水，攪拌反應30_38h,加入8_15份氨水，攬拌反應2_3h后加入14-20份乙酸乙酯和32-50份水，靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有30-50份甲醇和50-80份異丙醇的燒瓶中，加入0.2-0.6份氟硼酸，攪拌升溫至55-65°C，反應2_2.6h后加入3_8份氨水，攪拌10-20min，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和20-35份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至85-90°C，反應1.5-1.8h，降溫至55-60°C，加入6-9份酒石酸、1-3份二月桂酸二丁基錫和5_8份丙酮，攪拌升溫至82-870C，反應1.3-1.8h，降溫至35-38°C，加入5-8份氨水和50-80份水，攪拌1.5_2h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
2.根據權利要求1所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，其原料按重量份包括以下組分:改性聚氨酯乳液60-65份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯3.9-5.6份、甲基環己基二異氰酸酯1.9-2.3份、改性納米二氧化硅溶膠5-6.9份、納米二氧化鈦9-12份、納米碳管3.9-5.6份、納米氧化鋅5-6.8份、改性高嶺土 29-32份、成膜助劑2-3.4份、有機溶劑5-6.8份、含雙鍵硅烷偶聯劑1.9-2.3份、消泡劑1.1-1.3份、流平劑1.2-1.6份、潤濕劑0.3-0.59 份、水 65-72 份。
3.根據權利要求1或2所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，其原料按重量份包括以下組分:改性聚氨酯乳液63份、多亞甲基多苯基多異氰酸酯4.3份、甲基環己基二異氰酸酯2.1份、改性納米二氧化硅溶膠6.3份、納米二氧化鈦10份、納米碳管4.6份、納米氧化鋅6.2份、改性高嶺土 31.5份、成膜助劑3.1份、有機溶劑5.7份、含雙鍵硅烷偶聯劑1.97份、消泡劑1.22份、流平劑1.36份、潤濕劑0.42份、水69份。
4.根據權利要求1-3中任一項所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性納米二氧化硅溶膠的改性劑為硅烷偶聯劑；所述改性納米二氧化硅溶膠的固含量為35-50wt%，粒徑為 70-95nm。
5.根據權利要求1-4中任一項所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性高嶺土為濕法改性，濕法改性的改性劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的一種或者兩種的組合。
6.根據權利要求1-5中任一項所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述有機溶劑為乙醇、異丙醇、甲醇、丙醇、正丁醇、乙二醇、二乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙二醇、1，4- 丁二醇、戊二醇、丙三醇、二乙烯三胺中的一種或者多種的組合。
7.根據權利要求1-6中任一項所述高強度改性水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性水性聚氨酯乳液按照以下工藝進行制備:按重量份將45-52份大豆油和10-13份甲酸加入到燒瓶中，攪拌升溫至43-45°C，滴加23-27份雙氧水，攪拌反應33_36h，加入10-13份氨水，攪拌反應2.2-2.7h后加入16-18份乙酸乙酯和43-47份水，靜置后分液，取油層，將油層用碳酸氫鈉溶液洗滌至洗滌液呈中性，靜置后去除水層，經干燥、旋轉蒸發后得到環氧大豆油；將得到的環氧大豆油加入到裝有39-43份甲醇和59-63份異丙醇的燒瓶中，力口入0.35-0.46份氟硼酸，攪拌升溫至59-63°C，反應2.2-2.5h后加入6-7.8份氨水，攪拌13-17min，經旋轉蒸發、干燥后得到環氧大豆油多元醇；在燒瓶中通入氮氣，加入得到的環氧大豆油多元醇和27-32份異氟爾酮二異氰酸酯，攪拌升溫至86-89°C，反應1.59-1.68h，降溫至57-59°C，加入6.9-7.8份酒石酸、1.7-2.3份二月桂酸二丁基錫和6-7.8份丙酮，攪拌升溫至84-86°C，反應1.5-1.58h，降溫至36_37°C，加入5.9-6.8份氨水和59-72份水，攪拌1.7-1.9h得到所述改性水性聚氨酯乳液。
【文檔編號】C08G18/36GK104277699SQ201410592406
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】胡昌悌 申請人:蕪湖縣雙寶建材有限公司