[发明专利]一种含环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂及其制备方法与应用。首先利用乙醇胺结构上的仲胺与二缩水甘油醚反应，生成一种含三个羟基官能度的中间体，随后以有机酸对中间体进行中和，再以二异氰酸酯和亲水扩链剂与中和后的中间体进行预聚和扩链反应，最后以封端剂对残余的NCO完成封闭，从而制备出一种含环氧基团的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂，本发明制备的交联剂在电泳涂料领域有较高的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种含环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂及其制备方法与应用。

背景技术

现如今电泳涂料的应用领域广泛，除了核心的汽车及汽车相关的工业外，也已逐步拓展到电器、家具、轻工五金、精密仪器等领域。以往的电泳涂料通常用封端型异氰酸酯作为交联剂，重金属盐组分作为催化剂，因此镀膜时存在固化温度高，对环境污染严重等问题。随着环保法规的日趋严格，对电泳行业的影响日趋显著。现在阴极电泳涂料方向，就采用了环氧树脂来作为电泳涂料的基础树脂，再引入聚氨酯链段，来获得综合性能更加优良的阴极电泳涂料，采用的主要的改性方法是以聚氨酯活性链与环氧树脂反应。如陈恒杰(涂料工业，2021,51(4):24-29,35)利用聚醚二元醇、二环己基甲烷4,4-二异氰酸酯(HMDI)合成-NCO封端的聚氨酯预聚体，再与环氧树脂(E-44)反应生成聚氨酯改性环氧树脂，能够显著提高电泳涂膜的光滑度、硬度、耐冲击性及附着力强度；董永兵等(中国皮革,2021,50(8):104-108)利用聚酯二元醇(PBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、环氧树脂(E51)、1,4-丁二醇(BDO)、三乙胺合成E51改性的水性聚氨酯乳液，与常规聚氨酯相比，乳液的热稳定性显著提高。但上述改性环氧树脂存在环氧基团含量低和乳液的储存稳定性差等缺陷，而将环氧基团直接引入到封闭的聚异氰酸酯中用来固化阴极电泳涂料的研究还鲜有报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂及其制备方法与应用，本发明从分子结构设计出发，首先利用乙醇胺结构上的仲胺与二缩水甘油醚反应，生成一种含三个羟基官能度的中间体，随后以有机酸对中间体进行中和，再以二异氰酸酯和亲水扩链剂与中和后的中间体进行预聚和扩链反应，最后以封端剂对残余的NCO完成封闭，从而制备出一种含环氧基团的水性封闭型聚异氰酸酯交联剂，应用于含羧基和羟基的树脂体系时可实现羧基与环氧基团交联，羟基与解封后的异氰酸酯基团交联，两种交联结构的存在将有利于显著提高固化材料的机械性能，并且由于聚氨酯结构的存在，固化涂层的抗冲击性能会得到大幅改善。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种含环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂，所述封闭型水性聚异氰酸酯交联剂的结构式如下所示：

式中：

A为HCOO、CH₃COO或HCOOCOO；R₁为R₂为

R为B为

D为，

其中，n为自然数。

上述一种含环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂的制备方法，以下均以质量份数表示，且反应全程均在氮气保护和机械搅拌作用下进行：

步骤1，将24.0-26.0份有机溶剂和10.0-12.0份的二缩水甘油醚加入到四口烧瓶中，在10-30℃保温得反应体系；

步骤2，在0.1-1.5h内，向体系中加入4.0-8.0份有机溶剂和1.4-2.6份的乙醇胺，保温反应0.5-1.5h；

步骤3，于0.1-0.5h内，向步骤2的反应体系中于2-3分钟内滴加1.4-2.6份的有机酸，反应0.5-1.5h；