[发明专利]一种水可分散的混合改性TDI三聚体固化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固化剂的制备技术领域，特别涉及一种水可分散的混合改性TDI三聚体固化剂及其制备方法。

背景技术

90年代以前，溶剂型聚氨酯涂料已有较大的发展并获得了广泛的应用，进入90年代后，随着人们环保意识以及环保法规的加强，由于溶剂型聚氨酯涂料的挥发性有机化合物(VOC)含量高，在制造和施工过程严重的污染了环境，开发低VOC和无VOC体系的聚氨酯涂料已势在必行。因此环境友好的水性聚氨酯的研究、开发日益受到重视，其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域，正在逐步占领溶剂型聚氨酯的市场，代表着涂料、黏合剂的发展方向。在水性树脂中，水性聚氨酯仍然也是优秀树脂的代表，是现代水性树脂研究的热点之一。

水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯为基料，水为分散介质配制的涂料。与溶剂型聚氨酯涂料相比，虽然在性能方面存在着较大差距，但水系聚氨酯涂料是一种无毒、不燃、不污染空气和水源并有利于保护生态环境的新型涂料。与其他种类水性涂料相比，水性聚氨酯涂料固化成膜后，物理机械性能较好，能与被涂基材很好的粘和，成膜性能好。

鉴于聚氨酯树脂是疏水性树脂，临界表面张力为29*10^-5N/cm(20℃)，不能直接溶解或分散在水中，更何况异氰酸酯与水的反应力强，采用传统的预聚体强行向水中分散得不到稳定的乳液，必须先合成易于分散在水中或能部分溶于水中的水性聚氨酯聚合物，再分散在水中制备水性聚氨酯分散体。按分散状态可分为水溶型、胶体分散型和乳液型三种类型；按所使用的聚醇类型，水性聚氨酯分散体分为聚酯聚氨酯分散体和聚醚聚氨酯水分散体。无论何种类型，欲得到稳定的乳液，通常分为两种制备方法，即外乳化法和内乳化法。一般，外乳化法是在溶剂存在下，将疏水性聚氨酯经过扩链加入乳化剂(烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、季胺盐等)，在水中高速搅拌强行乳化分散，再脱除溶剂，得到聚氨酯乳液。或者，将端-NCO基预聚体在水中(水为扩链剂)，在乳化剂存在下高速搅拌，以便在水中实现高分子量化，脱除溶剂后也得到聚氨酯乳液。此外乳化法制得的乳液颗粒度较大，乳液不稳定，同时由于乳化剂的存在使成膜的物理性能有所下降，并且以水为扩链剂常伴有CO₂生成，也会影响成膜性能，因此外乳化法应用较少。

内乳化法是在疏水性聚氨酯分子链结构中引入适当的亲水基团，这些亲水活性基团使聚氨酯在水中乳化(或溶解)。依照亲水基的种类可分为离子型(含阳离子、阴离子、两性离子)和非离子型。在内乳化法中，这些离子基化合物虽然不属于乳化剂的范畴，但是在不同程度上起到了乳化剂的作用，因此又称为内部乳化剂，同时由于其具有亲水官能团，而且还会参与反应进入分子主链中，因此往往又称其为亲水性单体。根据亲水性化合物种类不同，可以选择性地把其植入多元醇软段结构中，或者植入异氰酸酯和扩链剂构成的硬段部分。一般来说，离子基导入硬段结构中有利于提高氢键强度，增强硬段内部的凝聚力，提高相分离程度和成膜物理性能。

在合成聚氨酯离子体中，常用的亲水化合物有磺酸盐、羧酸盐以及阳离子化合物类。通常使用磺酸基或羧基的二元胺或二元醇类化合物来作为阴离子源，含有磺酸盐基团的二元胺或二元醇也是制备阴离子系聚氨酯的常用扩链剂。对阳离子型水性聚氨酯而言，先合成端异氰酸基预聚体，再在溶剂中用N-烷基二醇胺扩链，使主链中含有叔氨基，再用中和剂将氮原子季铵化，使其带有正电荷。除制备聚氨酯离子体外，在其结构中引入非离子型亲水基同样可以达到聚氨酯水性化的目的，通常做法是将聚醚官能团引入异氰酸酯预聚体末端或侧链，能获得较好的亲水分散性。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种水可分散的混合改性TDI(甲苯二异氰酸酯)三聚体固化剂的制备方法。通过本发明的制备方法，获得固含量100wt％，NCO含量在21±0.5％，粘度低于3000mPa·s(25℃)的水性聚氨酯固化剂。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制备得到的水性聚氨酯固化剂，具体为一种水可分散的混合改性TDI三聚体固化剂。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种水可分散的混合改性TDI三聚体固化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在氮气气氛下，向甲苯二异氰酸酯单体中加入含羟基聚醚亲水改性剂，再水浴升温至50～80℃并搅拌条件下恒温反应2～3小时；