[发明专利]一种阴离子型水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种阴离子型水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与应用，该制备方法先在水相中合成一种磺酸型亲水改性剂；然后60～120℃条件下减压浓缩和干燥，得到的磺酸型亲水改性剂；最后加多异氰酸酯和催化剂，在80～100℃下反应3～5小时，至体系完全澄清透明时停止反应，冷却出料。得到的水性异氰酸酯固化剂NCO％含量为16.0～21.5％；固体份含量为100％，25℃时黏度为2000～5000mpa·s；水分散后粒径为100～180nm，成本远低于XP 2655。与市面所售水性羟基丙烯酸分散体复配后，漆膜光滑、色泽丰满、附着力强，漆膜硬度、柔韧性、耐水性、耐酸碱性、耐冲击性等均能达标。

技术领域

本发明涉及一种水性固化剂，特别是涉及一种阴离子型水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与应用，属于水性涂料技术领域。。

背景技术

据相关统计，2010年中国涂料产量增长率达到27.96％，远远高于GDP的增长速度10.3％，涂料的总产量已达到871.19万吨。其中，溶剂型涂料占涂料总产量的52.1％，且有机溶剂用量在产品中占50％以上，加上涂装过程中使用的稀释剂，造成极大的污染和浪费。而国内由于受技术、价格和政策法规等因素制约，导致水性工业涂料的开发应用、技术产品远远落后于西方。但涂料的水性化可以实现零VOC和零PAHs排放，是净化空气的低碳环保新主张，符合清洁生产要求。显而易见，为赶超世界先进水平，工业涂料水性化将是我国涂料发展的主攻方向，成为中国涂料产业发展提速的源动力。

聚氨酯涂料具有涂膜外观好、机械性能和耐化学品性优良的特点，广泛应用于木器、塑料、汽车、建筑、铁路等的涂装与保护，是发展最快的涂料品种之一。水性聚氨酯涂料可分为双组分水性聚氨酯涂料(2K-WPU)和单组分水性聚氨酯涂料(1K-WPU)。单组分水性涂料由于交联度低、涂膜综合性能特别是耐化学品性不能满足应用要求，在应用推广上受到较大限制。2K-WPU不仅具有溶剂型双组分聚氨酯涂料的高性能，还具有水性涂料的低VOC值的双重特点，成为涂料工业的研究热点。

异氰酸酯固化剂作为双组份聚氨酯涂料的组分之一，其水性化技术是对应聚氨酯涂料水性化的前提，其水分散性、稳定性、NCO％含量等的研究也逐渐成为2K-WPU涂料的研究热点。然而，水性异氰酸酯固化剂的生产自90年代起，就被国外一些大公司，如拜耳科技、巴斯夫、立邦等垄断，国内的研发与应用起步较晚。

美国专利US 06767958B2公开了一种通过2-环己氨基乙磺酸(CAES)或3-环己氨基丙磺酸(CAPS)与多异氰酸酯反应来制备水可分散多异氰酸酯的方法，但是适用于该专利所描述的磺酸种类只有两种，且改性剂CAES/CAPS的价格昂贵，达到200～300元/kg，因此其市场有所限制。

美国专利US 06204323B1公开了一种采用单官能度的聚醚醇去亲水化改性多异氰酸酯的方法，在锌等金属有机催化剂的作用下，进一步进行脲基甲酸酯反应，由此提高交联度，改善漆膜硬度。但是，所制备的固化剂水分散体粒径实际变大，导致漆膜的光泽降低且不稳定。

中国发明专利CN 105801793B公开了一种环状二醇改性非离子型水性多异氰酸酯的制备方法，虽然加入了疏水的环状二醇提高了异氰酸酯交联度，但是某种程度上降低了NCO％含量，配漆时漆膜亮度不佳，实际无法用于木器行业。

中国发明专利申请201811138066.1公开了一种阴离子型异氰酸酯三聚体水性固化剂，该发明利用脂肪族二元醇与丙磺酸内酯开环，合成了一种磺酸型异氰酸酯改性剂。但是，丙磺酸内酯为致癌物，其开环反应不好控制，羟基、水、甚至叔胺均能使其开环，并不是一种理想的改性剂。

发明内容