[发明专利]一种改性多异氰酸酯、水分散性交联剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性多异氰酸酯、水分散性交联剂及其制备方法。

背景技术

传统涂覆材料以溶剂型为主，涂覆材料中的挥发性有机化合物的排放对人体及环境都有害，随着环保意识的增强和环保法规的建立，传统溶剂型涂覆材料愈来愈受到限制，因此，低污染环保型的水性涂覆材料日益显示出其重要性。水性涂覆材料只有在其涂膜进行交联固化后，才能具备与溶剂型涂覆材料相当的涂膜性能，如耐水性、耐磨性等，故其交联剂交联特性的优劣直接影响涂覆材料的质量。

现有的交联剂（如双组份聚氨酯涂覆材料使用的多异氰酸酯交联剂），不论脂肪族还是芳香族异氰酸酯都很难直接乳化或分散于水中，在水性双组份聚氨酯涂覆材料中使用需先对其进行化学改性，通过引入亲水性基团来改善多异氰酸酯的亲水性，以使其易于在水中乳化或分散，从而保持一定的稳定性。如美国专利US 5252696采用环氧乙烷聚合生成的单官能度聚醚封闭多异氰酸酯的部分异氰酸根，制备了水可分散多异氰酸酯。该方法提高了交联剂的水分散性能，但聚醚含量较高，使得应用这种水分散性多异氰酸酯交联剂的双组份水性聚氨酯涂覆材料涂膜表干时间长，且涂膜不耐水，容易吸潮发粘发白。

发明内容

针对现有技术中存在的缺点，本发明的目的在于提供一种水分散性交联剂，该交联剂具有良好的水分散性，有效缩短了水性涂覆材料涂膜表干时间、且涂膜耐水、耐磨性较好。

为实现以上目的，本发明首先提供一种改性多异氰酸酯。

以下将对本发明改性多异氰酸酯或改性多异氰酸酯混合物作详细说明，为了简化本发明的描述，在下文中，“多异氰酸酯”也指各种多异氰酸酯的混合物。

本发明所述的改性多异氰酸酯，是用聚乙二醇单甲醚与4-(2-羟基乙氧基)-苯甲酸的酯化产物（A）与多异氰酸酯（B）为原料，经加热反应制备得到的，其中酯化产物（A）和多异氰酸酯（B）以羟基:异氰酸酯基为1:3~1:5的摩尔比反应。

所述聚乙二醇单甲醚的分子量没有特别限定，优选为400~1000。分子量低于400时，改性多异氰酸酯不能充分发挥分散效果；高于1000时，不能获得最佳的成膜性能。

所述多异氰酸酯是各种二异氰酸酯（如六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、2， 4-甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）等）的三聚体或多聚体，或它们与含有至少三个羟基或氨基的化合物（如三羟甲基丙烷、三聚氰胺）的加成物。

从低毒性方面考虑，优选所述多异氰酸酯为HDI三聚体和/或IPDI三聚体。

本发明水分散性交联剂包括上述的改性多异氰酸酯、表面活性剂和有机溶剂。

优选所述有机溶剂的含量占交联剂总质量的30~40%。

优选所述有机溶剂为碳酸丙烯酯。

优选所述表面活性剂的含量占交联剂总质量的1~2%。

优选所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠。

制备本发明水分散性交联剂的方法，包括以下主要步骤：（1）聚乙二醇单甲醚、4-(2-羟基乙氧基)-苯甲酸、催化剂加入反应器中，升温至140~200℃，在0.05~0.09Mpa真空度下，搅拌反应2~3小时，反应生成酯化产物（A）；（2）在60~70℃温度下，往步骤（1）酯化产物中依次加入溶剂、多异氰酸酯（B），使酯化产物（A）和多异氰酸酯（B）以羟基:异氰酸酯基为1:3~1:5的摩尔比加入，反应生成了改性多异氰酸酯；（3）往步骤（2）的产物中加入表面活性剂，搅拌得到水性异氰酸酯交联剂。

优选步骤（1）中聚乙二醇单甲醚与4-(2-羟基乙氧基)-苯甲酸的摩尔比为1.2:1~1.1:1。

优选所述步骤（1）中催化剂为对甲苯磺酸，优选其含量占聚乙二醇单甲醚与4-(2-羟基乙氧基)-苯甲酸总质量的1%~2%。

优选步骤（2）中所述溶剂为碳酸丙烯酯。

优选所述水分散性交联剂中有机溶剂的含量占交联剂总质量的30~40%。

优选所述水分散性交联剂中表面活性剂的含量占交联剂总质量的1~2%。

所述表面活性剂优选为十二烷基磺酸钠。

步骤（2）和步骤（3）的原料添加前需进行干燥去除水分，溶剂可用分子筛干燥，表面活性剂使用红外灯进行干燥。步骤（1）抽真空的措施是必要的，在0.05~0.09Mpa真空度下反应2~3小时，可确保步骤（1）原料和反应生成的水分充分除去。