[发明专利]多重交联紫外光固化水性聚氨酯分散体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型涂料：水性聚氨酯木器涂料，特别是涉及一种绿色环保型的多重交联紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法，以及由这种分散体制备的紫外光固化水性聚氨酯木器涂料。

背景技术

随着社会的进步和人类认识水平的提高，人们已逐渐认识到了溶剂型涂料的高危害性，即大量挥发性有机化合物的排放对地球生态环境的破坏和涂料中使用的重金属对人类的进一步发展所构成的威胁。

溶剂型紫外光固化涂料的配方体系通常由光引发剂，反应性齐聚物和调节配方粘度的活性稀释单体、有机溶剂组成。活性稀释单体虽然用量少，挥发性很低，对环境污染小，固化后成为涂膜的一部分，但是它具有强烈的气味，对皮肤有一定的刺激性，紫外光固化过程很难使活性稀释剂全部固化，残留的活性稀释单体对产品的安全卫生和长期性能造成不良影响，而且活性稀释剂增大了涂膜的收缩率，使涂膜的物理性能下降。传统的溶剂型紫外光固化涂料由于在生产、施工和使用时要加入部分溶剂、活性单体或多官能团的丙烯酸酯等来调节涂料的粘度，因此导致了对环境和人体有害的有机挥发物。

紫外光固化水性聚氨酯涂料以水代替溶剂和反应性稀释剂，消除了传统紫外光固化涂料因VOC而导致的污染和刺激性气味等问题，同时也为水性涂料提供了一种新的固化手段。因其具有环保和高效的特点，故近年来得到快速的发展。其中以紫外光固化水性聚氨酯涂料的性能最好。本项发明是绿色环保型紫外光固化水性聚氨酯分散体及其涂料的配方及工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有溶剂型紫外光固化木器涂料和水性自干型木器涂料的现有技术的缺点，提供一种多重交联改性方法制备的紫外光固化水性聚氨酯分散体，该分散体具备光固化速度快、储存稳定性好、细度小、流平性好，漆膜耐水性好、耐溶剂性好、硬度高、耐冲击耐磨性好、光泽度高的特点。

本发明的另一目的在于提供上述紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法。

本发明还有一目的在于提供上述紫外光固化水性聚氨酯分散体的应用，具体是以水性聚氨酯分散体为主要原料，加入光引发剂、交联剂、流平剂、润湿分散剂、消泡剂、增稠剂和流变剂等助剂，配制成紫外光固化水性木器涂料。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种多重交联紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法，包括如下步骤：

(1)聚氨酯初聚物I的合成：将二元醇预聚物升温至70～90℃，加入芳香族二异氰酸酯，搅拌反应1～2小时，反应完毕得到反应初聚物I；其中芳香族二异氰酸酯与二元醇预聚物的摩尔比为6～18∶1；

(2)聚氨酯预聚物II的合成：在步骤(1)所得的初聚物I中滴加二元醇、多元醇、N-甲基烷烙吡酮和丙酮的混合物，滴加时间控制在0.5～2小时，在温度为70～80℃条件下反应1～2小时，得聚氨酯预聚体II；所述二元醇和多元醇与步骤(1)中芳香族二异氰酸酯的质量比分别为1∶3～12和1∶15～60，所述N-甲基烷烙吡酮和丙酮的用量分别为总反应物质量的0～10％和5～10％；

(3)聚氨酯预聚体III的合成：将多羟基羧酸和环氧树脂溶解在丙酮中，加入到聚氨酯预聚物II中，控制反应温度为70～80℃，反应1～4小时，反应过程中加入N-甲基烷烙吡酮和丙酮降低体系的粘度，反应完毕得到含亲水基团的聚氨酯预聚体III；所述多羟基羧酸和环氧树脂与芳香族二异氰酸酯的质量比分别为1∶3～12和1∶6～18；所述N-甲基烷烙吡酮和丙酮的用量为总反应物质量的0～10％和0～30％；

(4)聚氨酯丙烯酸酯齐聚物的合成：在聚氨酯预聚体III中加入羟基丙烯酸酯，保持反应温度在70～80℃，反应1～4小时，得到丙烯酸酯接枝聚氨酯光敏齐聚物；其中羟基丙烯酸酯与芳香族二异氰酸酯的质量比为1∶0.2～4；

(5)紫外光固化水性聚氨酯分散体的合成：将丙烯酸酯接枝聚氨酯光敏齐聚物降温到40～50℃，在搅拌下加入三乙胺进行成盐反应5～10分钟，其中三乙胺与多羟基羧酸的摩尔配比为0.8～0.95∶1，得到亲水性丙烯酸酯接枝聚氨酯预聚物；再将亲水性丙烯酸酯接枝聚氨酯预聚物在500～6000转/分钟的转速下搅拌，将1.5～2.3倍亲水性丙烯酸酯接枝聚氨酯预聚物质量的水加入反应物中，搅拌2～10分钟，乳化；然后加入乙二胺，继续搅拌5～20分钟，蒸馏脱出90wt％以上的溶剂，得紫外光固化水性聚氨酯分散体，其中乙二胺与三乙胺的质量比为0.05～0.5∶1。

为进一步实现本发明的目的，所述芳香族二异氰酸酯选自2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯中的一种或者两种的混合物。