公布日：2023.06.23
申请日：2023.03.08
分类号：C08F283/00(2006.01)I;C08F220/14(2006.01)I;C08F220/18(2006.01)I;C09D151/08(2006.01)I;C09D7/61(2018.01)I
摘要
本发明属于水性聚氨酯材料领域，具体公开一种耐污水性聚氨酯及其制备方法和应用。本发明耐污水性聚氨酯的制备原料包括如下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60‑80份，大豆油多元醇20‑40份，脂肪族二异氰酸酯30‑70份，交联剂1‑10份，亲水扩链剂4‑20份，含羟基有机硅油30‑60份，中和剂1‑15份，含羟基丙烯酸酯1‑15份，水100‑400份，扩链剂1‑10份，丙烯酸酯单体10‑40份，引发剂0.01‑0.5份。本发明通过将改性制备的含羟基有机硅油、丙烯酸酯和无水多元醇混合物，嵌段共聚结合在一起，使得聚氨酯结构内部相分离更为明显，表现出更为优异的耐污性和耐老化性。
权利要求书
1.一种耐污水性聚氨酯，其特征在于，其制备原料包括如下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60-80份，大豆油多元醇20-40份，脂肪族二异氰酸酯30-70份，交联剂1-10份，亲水扩链剂4-20份，含羟基有机硅油30-60份，中和剂1-15份，含羟基丙烯酸酯1-15份，水100-400份，扩链剂1-10份，丙烯酸酯单体10-40份，引发剂0.01-0.5份；所述含羟基有机硅油的制备原料包括如下组分：烯丙基聚氧乙烯醚80-120份，聚二甲基甲基氢硅氧烷5-30份。
2.如权利要求1所述的耐污水性聚氨酯，其特征在于，所述耐污水性聚氨酯制备原料包括如下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60-80份，大豆油多元醇20-40份，脂肪族二异氰酸酯45-65份，交联剂1-5份，亲水扩链剂4-15份，含羟基有机硅油30-55份，中和剂3-11份，含羟基丙烯酸酯3-15份，水150-300份，扩链剂1-2份，丙烯酸酯单体20-35份，引发剂0.2-0.3份；所述含羟基有机硅油的制备原料包括如下组分：烯丙基聚氧乙烯醚100份，聚二甲基甲基氢硅氧烷10-20份。
3.如权利要求1所述的耐污水性聚氨酯，其特征在于，包括如下(a)-(e)中的至少一项：(a)、所述二氧化碳共聚物多元醇为小分子聚醚、环氧丙烷和二氧化碳共聚而成，二氧化碳共聚物多元醇的分子量为1000g/mol～3000g/mol；(b)、所述大豆油多元醇的数均分子量为1000g/mol～4000g/mol；(c)、所述脂肪族二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种；(d)、所述交联剂为三羟甲基丙烷、葡萄糖、甘油中的至少一种；(e)、所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、氨基磺酸钠水溶液中的至少一种。
4.如权利要求1所述的耐污水性聚氨酯，其特征在于，所述含羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟丙酯中的至少一种；所述扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、异氟尔酮二胺中的至少一种。
5.如权利要求1所述的耐污水性聚氨酯，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵；所述中和剂为三乙胺；所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的至少一种。
6.权利要求1-5任一项所述的耐污水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将烯丙基聚氧乙烯醚和聚二甲基甲基氢硅氧烷混合，在催化剂的条件下加热反应，分离反应产物，得到所述含羟基有机硅油；(2)将二氧化碳共聚物多元醇和大豆油多元醇混合，加热进行脱水反应，得到无水多元醇混合物；(3)在所述无水多元醇混合物中加入脂肪族二异氰酸酯，进行反应；(4)加入交联剂、亲水扩链剂和含羟基丙烯酸酯，进行反应；(5)加入含羟基有机硅油进行反应，加入溶剂、中和剂和水进行分散；(6)再加入扩链剂在搅拌下进行反应，脱除溶剂，得到有机硅改性水性聚氨酯；(7)向所述有机硅改性水性聚氨酯中加入丙烯酸酯单体和引发剂进行共聚反应，得到所述耐污水性聚氨酯。
7.如权利要求6所述的耐污水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚二甲基甲基氢硅氧烷的含氢量为0.8％-2％；步骤(1)中，所述催化剂为氯铂酸。
8.如权利要求6所述的耐污水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下A-J中的至少一项：A、步骤(1)中，所述反应的温度为70-100℃，反应的时间为6-10h；B、步骤(1)中，所述分离反应产物的方法为减压蒸馏，减压蒸馏的具体步骤为：将反应体系升温至100-160℃，在负压条件下减压蒸馏20-120min；C、步骤(2)中，所述脱水反应的具体步骤包括：在负压以及温度为70-120℃的条件下，进行脱水反应0.5-3h；D、步骤(3)中，所述反应的温度为75-90℃，所述反应的时间为1-4h；E、步骤(4)中，所述反应的温度为60-75℃，所述反应的时间为1-3h；F、步骤(5)中，所述反应的温度为60-80℃，所述反应的时间为1-5h；G、步骤(5)中，所述分散的温度为10-60℃，所述分散的时间为1-30min，所述分散的转速为1000-2000rpm；H、步骤(5)中，所述溶剂为丙酮或丁酮；I、步骤(6)中，所述反应的温度为10-60℃，所述反应的时间为1-30min；J、步骤(7)中，所述共聚反应的温度为70-100℃，所述共聚反应的时间为1-5h。
9.一种水性聚氨酯涂料，其特征在于，其制备原料包括如下重量份的组分：权利要求1-5任一项所述耐污水性聚氨酯80-120份，填料10-50份，水性助剂0.1-5份。10.如权利要求9所述的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述填料为400目-1250目滑石粉、重质碳酸钙、高岭土、钛白粉中的至少一种；所述水性助剂为消泡剂、润湿剂、防腐剂、增稠剂、pH调节剂中的至少一种。
发明内容
针对上述现有技术涉及运动地坪水性聚氨酯面漆不耐污等问题，本发明将提供一种耐污水性聚氨酯及其制备方法和应用。
为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
一种耐污水性聚氨酯，其制备原料包括如下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60-80份，大豆油多元醇20-40份，脂肪族二异氰酸酯30-70份，交联剂1-10份，亲水扩链剂4-20份，含羟基有机硅油30-60份，中和剂1-15份，含羟基丙烯酸酯1-15份，水100-400份，扩链剂1-10份，丙烯酸酯单体10-40份，引发剂0.01-0.5份；所述含羟基有机硅油的制备原料包括如下组分：烯丙基聚氧乙烯醚80-120份，聚二甲基甲基氢硅氧烷5-30份。
本发明通过将改性制备的含羟基有机硅油、丙烯酸酯和无水多元醇混合物，嵌段共聚结合在一起，使得聚氨酯结构内部相分离更为明显，表现出更为优异的耐污性和耐老化性。
作为本发明优选的实施方式，所述耐污水性聚氨酯制备原料包括如下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60-80份，大豆油多元醇20-40份，脂肪族二异氰酸酯45-65份，交联剂1-5份，亲水扩链剂4-15份，含羟基有机硅油30-55份，中和剂3-11份，含羟基丙烯酸酯3-15份，水150-300份，扩链剂1-2份，丙烯酸酯单体20-35份，引发剂0.2-0.3份；所述含羟基有机硅油的制备原料包括如下组分：烯丙基聚氧乙烯醚100份，聚二甲基甲基氢硅氧烷10-20份。
作为本发明优选的实施方式，所述二氧化碳共聚物多元醇为小分子聚醚、环氧丙烷和二氧化碳共聚而成，二氧化碳共聚物多元醇的分子量为1000g/mol～3000g/mol。
作为本发明优选的实施方式，所述大豆油多元醇的数均分子量为1000g/mol～4000g/mol。
作为本发明优选的实施方式，所述脂肪族二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(氢化MDI)中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述交联剂为三羟甲基丙烷、葡萄糖、甘油中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、氨基磺酸钠水溶液中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述氨基磺酸钠水溶液为质量百分含量为50％的氨基磺酸钠水溶液。
作为本发明优选的实施方式，所述含羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述中和剂为三乙胺。
作为本发明优选的实施方式，所述扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、异氟尔酮二胺中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述烯丙基聚氧乙烯醚分子量为600～2400。
作为本发明优选的实施方式，所述引发剂为过硫酸铵。
一种耐污水性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将烯丙基聚氧乙烯醚和聚二甲基甲基氢硅氧烷混合，在催化剂的条件下加热反应，分离反应产物，得到所述含羟基有机硅油；
(2)将二氧化碳共聚物多元醇和大豆油多元醇混合，加热进行脱水反应，得到无水多元醇混合物；
(3)在所述无水多元醇混合物中加入脂肪族二异氰酸酯，进行反应；
(4)加入交联剂、亲水扩链剂和含羟基丙烯酸酯，进行反应；
(5)加入含羟基有机硅油进行反应，加入溶剂、中和剂和水进行分散；
(6)再加入扩链剂在搅拌下进行反应，脱除溶剂，得到有机硅改性水性聚氨酯；
(7)向所述有机硅改性水性聚氨酯中加入丙烯酸酯单体和引发剂进行共聚反应，得到所述耐污水性聚氨酯。
作为本发明优选的实施方式，步骤(1)中，所述聚二甲基甲基氢硅氧烷的含氢量为0.8％-2％。
作为本发明优选的实施方式，步骤(1)中，所述催化剂为氯铂酸。
作为本发明优选的实施方式，步骤(1)中，所述氯铂酸质量份为0.01～1份。
作为本发明优选的实施方式，步骤(1)中，所述反应的温度为70-100℃，反应的时间为6-10h。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(1)中，所述反应的温度为90℃，反应的时间为8h。
作为本发明优选的实施方式，步骤(1)中，所述分离反应产物的方法为减压蒸馏，减压蒸馏的具体步骤为：将反应体系升温至100-160℃，在负压条件下减压蒸馏20～120min。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(1)中，所述分离反应产物的方法为减压说明书2/7页5CN116284587A5蒸馏，减压蒸馏的具体步骤为：将反应体系升温至120℃，在负压为0.095MPa条件下减压蒸馏30min。
作为本发明优选的实施方式，步骤(2)中，所述脱水反应的具体步骤包括：在负压以及温度为70-120℃的条件下，进行脱水反应0.5-3h。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(2)中，所述脱水反应的具体步骤包括：在负压为0.095MPa及温度为100℃的条件下，进行脱水反应2h。
作为本发明优选的实施方式，步骤(3)中，所述反应的温度为75-90℃，所述反应的时间为1-4h。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(3)中，所述反应的温度为85℃，所述反应的时间为3h。
作为本发明优选的实施方式，步骤(3)中，所述反应在催化剂催化的条件下反应，所述催化剂为有机铋。
作为本发明优选的实施方式，步骤(4)中，所述反应的温度为60-75℃，所述反应的时间为1-3h。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(4)中，所述反应的温度为70℃，所述反应的时间为2h。
作为本发明优选的实施方式，步骤(5)中，所述反应的温度为60-80℃，所述反应的时间为1-5h。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(5)中，所述反应的温度为70℃，所述反应的时间为3h。
作为本发明优选的实施方式，步骤(5)中，所述分散的温度为10-60℃，所述分散的时间为1-30min，所述分散的转速为1000-2000rpm。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(5)中，所述分散的温度为50℃，所述分散的时间为15min，所述分散的转速为1500rpm。
作为本发明优选的实施方式，步骤(5)中，所述溶剂为丙酮或丁酮。
作为本发明优选的实施方式，步骤(6)中，所述反应的温度为10-60℃，所述反应的时间为1-30min。
作为本发明优选的实施方式，步骤(7)中，所述共聚反应的温度为70-100℃，所述共聚反应的时间为1-5h。
作为本发明进一步优选的实施方式，步骤(7)中，所述共聚反应的温度为75℃，所述共聚反应的时间为5h。
本发明还提供一种所述耐污水性聚氨酯在制备水性聚氨酯涂料中的应用。
一种水性聚氨酯涂料，其制备原料包括如下重量份的组分：所述耐污水性聚氨酯80-120份，填料10-50份，水性助剂0.1-5份。
作为本发明进一步优选的实施方式，所述填料为400目～1250目滑石粉、重质碳酸钙、高岭土、钛白粉中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述水性助剂为消泡剂、润湿剂、防腐剂、增稠剂、pH调节剂中的至少一种。
所述水性聚氨酯涂料的制备原料包括如下重量份的组分：所述耐污水性聚氨酯100份，填料15份，分散剂0.3份，润湿剂0.4份，消泡剂0.2份，防腐剂0.1份，增稠剂1份。
（发明人：丁鹄岚）
