一种用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料的制备方法与流程

[0001]
本发明属于水性涂料的合成技术，涉及一种用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料的制备方法。


背景技术：

[0002]
水性涂料是目前发展最快的绿色环保涂料之一，其中水性涂料占比重较大的是水性聚氨酯涂料。水性聚氨酯涂料具有附着力强，硬度高，耐热性好等特点，还具有易挥发物（voc ）含量低的特性，逐渐替代溶剂型聚氨酯涂料。水性聚氨酯涂料在木器漆方面有极其广泛的应用，此外还可应用于日常生活中的家具涂料、汽车涂料、建筑涂料、塑料涂料、防腐涂料等。同时，在特殊领域如航空航天，军工和能源等也有部分涂料是水性涂料。但是水性聚氨酯涂膜的耐磨性和防护基材的破损性能较差。水性聚氨酯涂层对脆性基材无防碎性能，例如玻璃基材。因此提高水性聚氨酯涂料的综合性能，克服实际应用中所存在的缺陷，提高国产水性聚氨酯涂料在国内市场份额，加快我国水性聚氨酯涂料产业发展步伐，具有里程碑的意义。
[0003]
传统的水性聚氨酯涂料，在环保与疏水性方面做了相关的研究与改善，汪艾军（申请专利号：cn201910220226.5）发明的环保型水性双组份聚氨酯涂料广泛应用于各种汽车表面、客车车厢、机车车头、电力设备、汽车部件、仪器仪表等表面涂装。刘维锦（申请专利号：cn201710763936.3）制备了一种氟硅烷改性聚氨酯疏水薄膜，因其具有优良的疏水性,且制备方法简便,可应用于自清洁、防水材料领域。
[0004]
但对于脆性基材或在极端环境下基材需要保护的涂料还有待于开发，因此提高水性聚氨酯涂层的强度是制备水性聚氨酯涂层必须解决的首要问题。本发明采用的自由基固化的水性聚氨酯复合涂层克服了传统水性聚氨酯强度低的问题。拓宽了水性聚氨酯在易碎基材方面的应用。


技术实现要素：

[0005]
为了提高水性聚氨酯涂层对基材的保护能力，拓宽其在易碎基体上的应用。本发明提供了一种用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料的制备方法。
[0006]
本发明的发明点在于提供了主体组分自由基固化及添加复合增强组分。
[0007]
本发明提供的一种用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料的制备方法，步骤和条件如下：(1) 制备第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液a、聚碳酸酯聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类i、聚碳酸酯多元醇、水性扩链剂、催化剂、小分子扩链剂按照质量比100：60-70：6-8：0.1-0.3：0.5-1混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温2-4小时，聚合反应结束，得到聚碳酸酯聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类i为异佛尔酮二异氰酸酯，聚碳酸酯多元醇为聚碳
酸酯二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，小分子扩链剂为1,4丁二醇；b、聚碳酸酯聚氨酯水性乳液的制备将（1）a中所制备的聚碳酸酯聚氨酯聚合物降温至50℃，向中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和，0.5-1小时后加入去离子水，去离子水的加入量与聚碳酸酯聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到聚碳酸酯聚氨酯水性乳液； (2) 制备第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液a、含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类、聚醚多元醇、水性扩链剂、催化剂按照质量比100：40-50：5-7：0.1-0.3混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温2-4小时，聚合反应结束，得到聚氨酯预聚物；将得到的聚氨酯预聚物降温至55℃，加入与二异氰酸酯类的质量比为100：10羟基丙烯酸酯类，反应1小时，得到含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯，聚醚多元醇为聚醚二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，羟基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸羟乙酯；b、含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液的制备将（2）a中所制备的含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物降温至50℃，向其中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和，0.5-1小时后加入去离子水，去离子水的加入量与烯键式不饱和聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液；（3）水性聚氨酯复合涂料的制备将第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液和第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液体积比1-2：1放入搅拌器中，然后加入引发剂，加入量为第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯树酯的水性乳液总质量的1%，磁力搅拌30-50分钟，得到水性聚氨酯复合涂料；所述的引发剂为二苯甲酮；有益效果：本发明制备的用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料的显著特点在于主体组分自由基固化及添加复合增强组分。自由基固化形成的强网络结构与添加复合增强组分形成的物理固化网络结构互穿，使所制备的用于玻璃基体的水性聚氨酯复合膜的拉伸强度高达30mpa。本发明解决了传统水性聚氨酯涂层强度低的问题。拓宽了水性聚氨酯在易碎基材方面的应用。
具体实施方式
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实施例1(1) 制备第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液a、聚碳酸酯聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类i、聚碳酸酯多元醇、水性扩链剂、催化剂、小分子扩链剂按照质量比100：60：6：0.1：0.5混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温2小时，聚合反应结束，得到聚碳酸酯聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类i为异佛尔酮二异氰酸酯，聚碳酸酯多元醇为聚碳酸酯二元醇，水
性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，小分子扩链剂为1,4丁二醇；b、聚碳酸酯聚氨酯水性乳液的制备将（1）a中所制备的聚碳酸酯聚氨酯聚合物降温至50℃，向中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和，0.5小时后加入去离子水，去离子水的加入量与聚碳酸酯聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到聚碳酸酯聚氨酯水性乳液； (2) 制备第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液a、含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类、聚醚多元醇、水性扩链剂、催化剂按照质量比100：40：5：0.1混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温2小时，聚合反应结束，得到聚氨酯预聚物；将得到的聚氨酯预聚物降温至55℃，加入与二异氰酸酯类的质量比为100：10羟基丙烯酸酯类，反应1小时，得到含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯，聚醚多元醇为聚醚二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，羟基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸羟乙酯；b、含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液的制备将（2）a中所制备的含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物降温至50℃，向其中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和， 1小时后加入去离子水，去离子水的加入量与烯键式不饱和聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液；（3）水性聚氨酯复合涂料的制备将第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液和第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液体积比1：1放入搅拌器中，然后加入引发剂，加入量为第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯树酯的水性乳液总质量的1%，磁力搅拌40分钟，得到水性聚氨酯复合涂料；所述的引发剂为二苯甲酮；制备的一种用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料膜的力学性能测定方法：将厚度为0.5cm的聚氨酯膜切成宽度为4cm，长度为6cm的哑铃状，每个实施例条件下制备的聚氨酯膜制备3个样品，在万能材料试验机上进行力学拉伸实验，标距为15mm，拉伸速率为20mm/min，测定其力学性能；拉伸强度按下式计算：式中： p是最大载荷，单位为n； b是试样宽度，单位为mm；d是试样厚度，单位为mm。
[0009]
实施例1制备的用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料膜的拉伸强度平均值分别为30.9 mpa。
[0010]
实施例2 (1) 制备第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液a、聚碳酸酯聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类i、聚碳酸酯多元醇、水性扩链剂、催化剂、小分子扩链剂按照质量比100：65：7：0.2：0.6混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温2小时，聚合反应结束，得到聚碳酸酯聚氨酯聚合物；得到聚碳酸酯聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类i为异佛尔酮二异氰酸酯，聚碳酸酯
多元醇为聚碳酸酯二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，小分子扩链剂为1,4丁二醇；b、聚碳酸酯聚氨酯水性乳液的制备将（1）a中所制备的聚碳酸酯聚氨酯聚合物降温至50℃，向中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和， 1小时后加入去离子水，去离子水的加入量与聚碳酸酯聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到聚碳酸酯聚氨酯水性乳液； (2) 制备第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液a、含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类、聚醚多元醇、水性扩链剂、催化剂按照质量比100：45：6：0.2混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温2小时，聚合反应结束，得到聚氨酯预聚物；将得到的聚氨酯预聚物降温至55℃，加入与二异氰酸酯类的质量比为100：10羟基丙烯酸酯类，反应1小时，得到含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯，聚醚多元醇为聚醚二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，羟基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸羟乙酯；b、含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液的制备将（2）a中所制备的含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物降温至50℃，向其中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和，1小时后加入去离子水，去离子水的加入量与烯键式不饱和聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液；（3）水性聚氨酯复合涂料的制备将第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液和第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液体积比2：1放入搅拌器中，然后加入引发剂，加入量为第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯树酯的水性乳液总质量的1%，磁力搅拌50分钟，得到水性聚氨酯复合涂料；所述的引发剂为二苯甲酮；用实例1的测定方法，实施例2制备的用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料膜的拉伸强度平均值分别为32.5 mpa。
[0011]
实施例3(1) 制备第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液a、聚碳酸酯聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类i、聚碳酸酯多元醇、水性扩链剂、催化剂、小分子扩链剂按照质量比100：70：8：0.3：1混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温4小时，聚合反应结束，得到聚碳酸酯聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类i为异佛尔酮二异氰酸酯，聚碳酸酯多元醇为聚碳酸酯二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，小分子扩链剂为1,4丁二醇；b、聚碳酸酯聚氨酯水性乳液的制备将（1）a中所制备的聚碳酸酯聚氨酯聚合物降温至50℃，向中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和，0.5小时后加入去离子水，去离子水的加入量与聚碳酸酯聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到聚碳酸酯聚氨酯水性乳液； (2) 制备第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液
a、含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物的制备将二异氰酸酯类、聚醚多元醇、水性扩链剂、催化剂按照质量比100：50：7：0.3混合均匀，放入四口反应器中，并将四口反应器放入恒温水槽中，搅拌并向该体系通入氮气，温度保持在70℃，保温24小时，聚合反应结束，得到聚氨酯预聚物；将得到的聚氨酯预聚物降温至55℃，加入与二异氰酸酯类的质量比为100：10羟基丙烯酸酯类，反应1小时，得到含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物；所述的二异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯，聚醚多元醇为聚醚二元醇，水性扩链剂为2,2-双羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，羟基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸羟乙酯；b、含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液的制备将（2）a中所制备的含有烯键式不饱和聚氨酯聚合物降温至50℃，向其中加入与水性扩链剂等摩尔比的三乙胺进行中和， 1小时后加入去离子水，去离子水的加入量与烯键式不饱和聚氨酯聚合物质量比为6：4，高速搅拌乳化，得到含有烯键式不饱和聚氨酯水性乳液；（3）水性聚氨酯复合涂料的制备将第一组份聚碳酸酯聚氨酯水性乳液和第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯的水性乳液体积比2：1放入搅拌器中，然后加入引发剂，加入量为第二组份含有烯键式不饱和聚氨酯树酯的水性乳液总质量的1%，磁力搅拌50分钟，得到水性聚氨酯复合涂料；所述的引发剂为二苯甲酮；用实例1的测定方法，实施例3制备的用于玻璃基体的水性聚氨酯复合涂料膜的拉伸强度平均值分别为31.6 mpa。

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