[发明专利]一种环保聚氨酯固化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种环保聚氨酯固化剂及其制备方法和应用。这种环保聚氨酯固化剂包括含有磺酸基团的封闭多异氰酸酯预聚物；所述的含有磺酸基团的封闭多异氰酸酯预聚物是由多异氰酸酯预聚物、二异氰酸酯和扩链剂进行扩链反应，再加入封闭剂将端异氰酸酯基封闭而成。同时也公开了这种环保聚氨酯固化剂的制备方法以及应用。本发明的聚氨酯固化剂水分散性好，贮存稳定性佳，解封温度范围广，可显著改善水性树脂的性能，适用于制作水性烤漆和水性高温胶，并在热敏感材料的涂装上有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种环保聚氨酯固化剂及其制备方法和应用。

背景技术

双组分聚氨酯涂料和胶粘剂具有成膜温度低、附着力强、耐磨性高、硬度高、耐溶剂性和耐水性好等优点，在市场上用量很大，随着国家标准对其中的VOC含量进行限制的执法力度加大，许多企业在开发高性能环保型产品方面作了很多努力：一是最大限度地减少溶剂用量，二是减少聚氨酯固化剂中游离的二异氰酸酯单体含量，即开发水性羟基树脂和低残留TDI 及HDI单体的固化剂。目前市场销售的水性羟基树脂品种比较多，而与之配套的可水溶或水分散的聚氨酯固化剂品种却比较少，一方面是从外国进口的品种有限，另一方面是国内很多品种还没有开发出来。例如：现在进口的可水分散的固化剂基本是脂肪族异氰酸酯(HDI、IPDI) 制造的，它们的官能团NCO活性比较低，与水的反应速度比较慢，与水性羟基树脂混合后在室温下有4～6小时的使用期，超过使用期的溶液就缓慢固化了，只能废弃，因此，这类固化剂配制的涂料或胶粘剂无法完成大型部件的作业或非连续性生产，稍有不慎，则造成原料的极大浪费。而芳香族异氰酸酯(MDI、TDI)的官能团NCO活性比较高，若与水性羟基树脂混合，-NCO与水的反应速度比羟基快，有效使用期更短，基本不能应用，目前市场上基本无水性芳香族异氰酸酯固化剂。对于需要高温固化的单组分水性树脂，更是难以找到与之配套的封闭型固化剂，所以烤漆行业和高温胶行业仍然是溶剂型产品，固化温度高达160℃以上，即或是低温烤漆的固化温度也达到120℃以上，而且烘烤的时间还比较长。环保和能耗的双重压力迫使这类企业濒临倒闭的危险，因此，对水性封闭型低温固化剂的需求呼声日益强烈。

近几年聚氨酯业界人士在致力于聚氨酯固化剂水性化研究方面作了一些工作，但对可水溶的封闭型聚氨酯固化剂报道甚少。CN103554430A公开了将异氰酸酯三聚体用甲乙酮肟封闭得到化合物A，将二异氰酸酯与聚乙二醇单甲醚反应得到乳化剂B，将A和B混合后再加入去离子水乳化得到封闭型多异氰酸酯交联剂水乳液的制备方法，该方法采用的亲水剂是非离子型，制成的水性聚氨酯固化剂存在着水分散性差，稳定性差，制成品的耐水性差等缺点。 CN104130375A公开了将二异氰酸酯制成半封闭物，半封闭物中的异氰酸酯基再与羟基聚丙烯酸酯的羟基反应，得到聚丙烯酸酯改性水性封闭异氰酸酯预聚体，再用胺中和，加水乳化，除去溶剂，制得聚丙烯酸酯改性水性封闭型异氰酸酯固化剂，该方法存在着胺类中和剂有臭味及易使制品变黄等缺陷。CN101649036A公开了用二异氰酸酯单体与二元醇和三元醇反应，生成支链多异氰酸酯，经亲水性扩链剂扩链后再封闭端NCO，最后加胺中和成盐，制成的封闭型固化剂的优点是在常温下可水解封，缺点是只能用于运动场地类的铺装。涂料工业2014 年9月第44卷第9期发表的封闭型水性多异氰酸酯交联剂的制备及其性能研究，是用2,2- 二羟甲基丙酸(DMPA)作为亲水基团，与HMDI反应后再与TMP反应合成支化结构的中间体，然后用咪唑类封闭剂将活性NCO封闭，最后用三乙胺中和，制得一系列封闭型水性多异氰酸酯交联剂，同样存在着亲水的羧基用胺类中和所带来的质量问题。目前专利和现有文献公开的制备封闭异氰酸酯水性固化剂的方法非常有限，而实际市场上并没有此类产品的销售，或极少有试用品销售，远远满足不了种类繁多的水性树脂对配套固化剂的品种需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在室温下能与羟基树脂长期稳定共存，加热能固化的环保聚氨酯固化剂，同时提供一种环保聚氨酯固化剂的制备和应用方法。

本发明所采取的技术方案是：