一种水性聚氨酯木漆涂料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及水性聚氨酯涂料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种水性聚氨酯木漆涂料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.水性聚氨酯涂料在木漆工业上得到了初步的应用，主要限于多孔性基材和刨花板的辊涂填料，其组成部分是不饱和聚酯
‑
苯乙烯和苯偶姻醚类光引发剂，但是固化速率较为缓慢，第二代光固化涂料主要是以丙烯酸酯为主要树脂，光固化效率比第一代有了很大的提高，固化后的材料性能得到提升，半个世纪来，进入20世纪90年代，水性聚氨酯涂料每年保持着10％的增长速度快速增加，随着新世纪环保要求以及国内外相应环保法的出台，将会得到进一步的发展；
3.现有技术存在以下不足：现有水性聚氨酯涂料对环境污染大，安全性能差，且水性聚氨酯涂料的耐擦伤性能以及柔韧性能差，抗撕裂强度低以及光学性能和耐候性能差。


技术实现要素：

4.本发明提供一种水性聚氨酯木漆涂料及其制备方法与应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水性聚氨酯木漆涂料，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯30
‑
40份、二羟甲基丙酸10
‑
20份、聚己二酸新戊二元醇酯10
‑
20份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮5
‑
10份、三乙胺5
‑
10份、甲基丙烯酸羟乙酯3
‑
5份、二甲基甲酰胺1
‑
3份、对甲氧基苯酚2
‑
4份、二月桂酸二丁基锡2
‑
4份。
6.优选的，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯30份、二羟甲基丙酸10份、聚己二酸新戊二元醇酯10份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮5份、三乙胺5份、甲基丙烯酸羟乙酯3份、二甲基甲酰胺1份、对甲氧基苯酚2份、二月桂酸二丁基锡2份。
7.优选的，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯35份、二羟甲基丙酸15份、聚己二酸新戊二元醇酯15份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮7份、三乙胺8份、甲基丙烯酸羟乙酯4份、二甲基甲酰胺2份、对甲氧基苯酚3份、二月桂酸二丁基锡3份。
8.优选的，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯40份、二羟甲基丙酸20份、聚己二酸新戊二元醇酯20份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮10份、三乙胺10份、甲基丙烯酸羟乙酯5份、二甲基甲酰胺3份、对甲氧基苯酚4份、二月桂酸二丁基锡4份。
9.本发明还提供一种水性聚氨酯木漆涂料的制备方法与应用，具体操作步骤为：
10.s1：原料预处理
11.将4a分子筛置于电阻炉中煅烧活化，4a分子筛置降温后取出置于干燥器中，将丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛并加入4a型分子筛干燥剂做干燥处理，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥；
12.s2：pua初聚体的制备
13.异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶中，并加入二月桂酸二丁基锡后，在恒温油浴锅中升温反应；
14.s3：引入亲水基团
15.对烧瓶加入亲水扩链剂溶于二甲基甲酰胺中，加入催化剂后进行扩链反应；
16.s4：引入双键封端
17.步骤s3得到的液体降温冷却后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和阻聚剂，继续反应，至异氰酸酯达到要求值；
18.s5：中和乳化
19.对预聚物用中和剂中和成盐，置于乳化设备后加入蒸馏水搅拌乳化，将制备的乳液进行减压蒸馏脱去丙酮，得到紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳液。
20.优选的，所述步骤s1中，电阻炉的温度设置为400℃，4a分子筛煅烧时间为5
‑
7h，丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛内干燥时间为7d，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥温度设置为120℃，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥时间为2h。
21.优选的，所述步骤s2中，四口烧瓶内部安装有搅拌器、回流冷凝管以及温度计，加入二月桂酸二丁基锡之前，异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶在真空
‑
0.07mpa气压下、温度115℃下除水2小时。
22.优选的，所述步骤s3中，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，烧瓶内部液体粘度较高时，加入丙酮稀释降黏，烧瓶温度为40℃。
23.优选的，所述步骤s5中，乳化设备内部温度设置为50℃，乳化设备转速设置为2000r/min，乳化时间为30min。
24.本发明的技术效果和优点：
25.本发明通过二正丁胺
‑
丙酮法对预聚反应、扩链反应以及封端反应过程中异氰酸酯含量的进行标定，优化反应过程的温度、时间，选择预聚反应温度75℃，反应时间2h，亲水基团反应温度为80℃，时间为4h，封端反应温为70℃，时间为4h，亲水基团二羟甲基丙酸用量选择在6％，中和剂为三乙胺，中和度为90％，该水性聚氨酯木漆涂料形成的涂膜具有良好的耐热性能、电学稳定性、较适宜的粘度以及优良的复乳化性能。
具体实施方式
26.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.本发明提供了一种水性聚氨酯木漆涂料，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯30
‑
40份、二羟甲基丙酸10
‑
20份、聚己二酸新戊二元醇酯10
‑
20份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮5
‑
10份、三乙胺5
‑
10份、甲基丙烯酸羟乙酯3
‑
5份、二甲基甲酰胺1
‑
3份、对甲氧基苯酚2
‑
4份、二月桂酸二丁基锡2
‑
4份。
29.优选的，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯30份、二羟甲基丙酸10份、聚己二酸新戊二元醇酯10份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮5份、三乙胺5
份、甲基丙烯酸羟乙酯3份、二甲基甲酰胺1份、对甲氧基苯酚2份、二月桂酸二丁基锡2份，通过该份数制成的水性聚氨酯涂料成本低，但成型水性聚氨酯涂料的黏度低，且耐刮性能差。
30.本发明还提供一种水性聚氨酯木漆涂料的制备方法与应用，具体操作步骤为：
31.s1：原料预处理
32.将4a分子筛置于电阻炉中煅烧活化，4a分子筛置降温后取出置于干燥器中，将丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛并加入4a型分子筛干燥剂做干燥处理，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥；
33.s2：pua初聚体的制备
34.异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶中，并加入二月桂酸二丁基锡后，在恒温油浴锅中升温反应；
35.s3：引入亲水基团
36.对烧瓶加入亲水扩链剂溶于二甲基甲酰胺中，加入催化剂后进行扩链反应；
37.s4：引入双键封端
38.步骤s3得到的液体降温冷却后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和阻聚剂，继续反应，至异氰酸酯达到要求值；
39.s5：中和乳化
40.对预聚物用中和剂中和成盐，置于乳化设备后加入蒸馏水搅拌乳化，将制备的乳液进行减压蒸馏脱去丙酮，得到紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳液。
41.优选的，所述步骤s1中，电阻炉的温度设置为400℃，4a分子筛煅烧时间为5
‑
7h，丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛内干燥时间为7d，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥温度设置为120℃，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥时间为2h，用丙酮将2.58g，二正丁胺稀释到200ml得到0.1mol/l二正丁胺
‑
丙酮溶液，0.1mol/l的盐酸标准滴定溶液，0.lg溴甲酚绿溶于100ml体积分数为20％的乙醇溶液中得到溴甲酚绿指示剂，除后两者之外，其他溶液已用4a分子筛干燥处理。
42.优选的，所述步骤s2中，四口烧瓶内部安装有搅拌器、回流冷凝管以及温度计，加入二月桂酸二丁基锡之前，异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶在真空
‑
0.07mpa气压下、温度115℃下除水2小时，根称取1.5g的乳液试样与玻璃皿上，置于110
‑
120c的恒温干燥箱2小时，直到称重至恒重，算出固含量，取50g的乳液与锥形瓶中，密封置于恒温干燥箱内，在50℃温度下，贮存30天，检查是否有沉淀。
43.优选的，所述步骤s3中，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，烧瓶内部液体粘度较高时，加入丙酮稀释降黏，烧瓶温度为40℃，测试乳液黏度在一定剪切速率范围内其剪切应力随着剪切速率变化而变化的关系，同时，为避免温度变化而引起黏度差异，减小测定的误差，测试温度选择为25℃，选用ndj
‑
9s型旋转粘度测定，每个样品测试3次，然后取其平均值。
44.优选的，所述步骤s5中，乳化设备内部温度设置为50℃，乳化设备转速设置为2000r/min，乳化时间为30min，常温浸水法，将涂漆样板的2/3面积放入温度为25℃的蒸馏水中，待达到产品标准规定的浸泡时间24小时后取出，通过目测评定涂膜是否有起泡、剥落、失光、变色等现象，将充分干燥好的胶膜裁剪成2.0cm*2.0cm的正方形，称其质量，然后将涂膜浸入到去离子水中，浸泡48小时后取出，用滤纸吸干胶膜表面的水后称其质量。
45.实施例2
46.本发明提供了一种水性聚氨酯木漆涂料，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯30
‑
40份、二羟甲基丙酸10
‑
20份、聚己二酸新戊二元醇酯10
‑
20份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮5
‑
10份、三乙胺5
‑
10份、甲基丙烯酸羟乙酯3
‑
5份、二甲基甲酰胺1
‑
3份、对甲氧基苯酚2
‑
4份、二月桂酸二丁基锡2
‑
4份。
47.优选的，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯35份、二羟甲基丙酸15份、聚己二酸新戊二元醇酯15份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮7份、三乙胺8份、甲基丙烯酸羟乙酯4份、二甲基甲酰胺2份、对甲氧基苯酚3份、二月桂酸二丁基锡3份，通过该份数制成的水性聚氨酯涂料成本低，成型水性聚氨酯涂料的黏度高，且耐刮性能好。
48.本发明还提供一种水性聚氨酯木漆涂料的制备方法与应用，具体操作步骤为：
49.s1：原料预处理
50.将4a分子筛置于电阻炉中煅烧活化，4a分子筛置降温后取出置于干燥器中，将丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛并加入4a型分子筛干燥剂做干燥处理，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥；
51.s2：pua初聚体的制备
52.异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶中，并加入二月桂酸二丁基锡后，在恒温油浴锅中升温反应；
53.s3：引入亲水基团
54.对烧瓶加入亲水扩链剂溶于二甲基甲酰胺中，加入催化剂后进行扩链反应；
55.s4：引入双键封端
56.步骤s3得到的液体降温冷却后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和阻聚剂，继续反应，至异氰酸酯达到要求值；
57.s5：中和乳化
58.对预聚物用中和剂中和成盐，置于乳化设备后加入蒸馏水搅拌乳化，将制备的乳液进行减压蒸馏脱去丙酮，得到紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳液。
59.优选的，所述步骤s1中，电阻炉的温度设置为400℃，4a分子筛煅烧时间为5
‑
7h，丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛内干燥时间为7d，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥温度设置为120℃，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥时间为2h，用丙酮将2.58g，二正丁胺稀释到200ml得到0.1mol/l二正丁胺
‑
丙酮溶液，0.1mol/l的盐酸标准滴定溶液，0.lg溴甲酚绿溶于100ml体积分数为20％的乙醇溶液中得到溴甲酚绿指示剂，除后两者之外，其他溶液已用4a分子筛干燥处理。
60.优选的，所述步骤s2中，四口烧瓶内部安装有搅拌器、回流冷凝管以及温度计，加入二月桂酸二丁基锡之前，异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶在真空
‑
0.07mpa气压下、温度115℃下除水2小时，根称取1.5g的乳液试样与玻璃皿上，置于110
‑
120c的恒温干燥箱2小时，直到称重至恒重，算出固含量，取50g的乳液与锥形瓶中，密封置于恒温干燥箱内，在50℃温度下，贮存30天，检查是否有沉淀。
61.优选的，所述步骤s3中，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，烧瓶内部液体粘度较高时，加入丙酮稀释降黏，烧瓶温度为40℃，测试乳液黏度在一定剪切速率范围内其剪切应力随着剪切速率变化而变化的关系，同时，为避免温度变化而引
起黏度差异，减小测定的误差，测试温度选择为25℃，选用ndj
‑
9s型旋转粘度测定，每个样品测试3次，然后取其平均值。
62.优选的，所述步骤s5中，乳化设备内部温度设置为50℃，乳化设备转速设置为2000r/min，乳化时间为30min，常温浸水法，将涂漆样板的2/3面积放入温度为25℃的蒸馏水中，待达到产品标准规定的浸泡时间24小时后取出，通过目测评定涂膜是否有起泡、剥落、失光、变色等现象，将充分干燥好的胶膜裁剪成2.0cm*2.0cm的正方形，称其质量，然后将涂膜浸入到去离子水中，浸泡48小时后取出，用滤纸吸干胶膜表面的水后称其质量。
63.实施例3
64.本发明提供了一种水性聚氨酯木漆涂料，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯30
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40份、二羟甲基丙酸10
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20份、聚己二酸新戊二元醇酯10
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20份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮5
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10份、三乙胺5
‑
10份、甲基丙烯酸羟乙酯3
‑
5份、二甲基甲酰胺1
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3份、对甲氧基苯酚2
‑
4份、二月桂酸二丁基锡2
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4份。
65.优选的，其中所使用的主料按重量份数计包括：异佛尔酮二异氰酸酯40份、二羟甲基丙酸20份、聚己二酸新戊二元醇酯20份，所述辅料按重量份数计包括：丙酮10份、三乙胺10份、甲基丙烯酸羟乙酯5份、二甲基甲酰胺3份、对甲氧基苯酚4份、二月桂酸二丁基锡4份，通过该份数制成的水性聚氨酯涂料成本高，成型水性聚氨酯涂料的黏度高，且耐刮性能好。
66.本发明还提供一种水性聚氨酯木漆涂料的制备方法与应用，具体操作步骤为：
67.s1：原料预处理
68.将4a分子筛置于电阻炉中煅烧活化，4a分子筛置降温后取出置于干燥器中，将丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛并加入4a型分子筛干燥剂做干燥处理，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥；
69.s2：pua初聚体的制备
70.异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶中，并加入二月桂酸二丁基锡后，在恒温油浴锅中升温反应；
71.s3：引入亲水基团
72.对烧瓶加入亲水扩链剂溶于二甲基甲酰胺中，加入催化剂后进行扩链反应；
73.s4：引入双键封端
74.步骤s3得到的液体降温冷却后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和阻聚剂，继续反应，至异氰酸酯达到要求值；
75.s5：中和乳化
76.对预聚物用中和剂中和成盐，置于乳化设备后加入蒸馏水搅拌乳化，将制备的乳液进行减压蒸馏脱去丙酮，得到紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳液。
77.优选的，所述步骤s1中，电阻炉的温度设置为400℃，4a分子筛煅烧时间为5
‑
7h，丙酮、二正丁胺以及甲基丙烯酸羟乙酯置于4a分子筛内干燥时间为7d，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥温度设置为120℃，二羟甲基丙酸置于烘箱内干燥时间为2h，用丙酮将2.58g，二正丁胺稀释到200ml得到0.1mol/l二正丁胺
‑
丙酮溶液，0.1mol/l的盐酸标准滴定溶液，0.lg溴甲酚绿溶于100ml体积分数为20％的乙醇溶液中得到溴甲酚绿指示剂，除后两者之外，其他溶液已用4a分子筛干燥处理。
78.优选的，所述步骤s2中，四口烧瓶内部安装有搅拌器、回流冷凝管以及温度计，加
入二月桂酸二丁基锡之前，异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸新戊二元醇置于四口烧瓶在真空
‑
0.07mpa气压下、温度115℃下除水2小时，根称取1.5g的乳液试样与玻璃皿上，置于110
‑
120c的恒温干燥箱2小时，直到称重至恒重，算出固含量，取50g的乳液与锥形瓶中，密封置于恒温干燥箱内，在50℃温度下，贮存30天，检查是否有沉淀。
79.优选的，所述步骤s3中，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸，催化剂为二月桂酸二丁基锡，烧瓶内部液体粘度较高时，加入丙酮稀释降黏，烧瓶温度为40℃，测试乳液黏度在一定剪切速率范围内其剪切应力随着剪切速率变化而变化的关系，同时，为避免温度变化而引起黏度差异，减小测定的误差，测试温度选择为25℃，选用ndj
‑
9s型旋转粘度测定，每个样品测试3次，然后取其平均值。
80.优选的，所述步骤s5中，乳化设备内部温度设置为50℃，乳化设备转速设置为2000r/min，乳化时间为30min，常温浸水法，将涂漆样板的2/3面积放入温度为25℃的蒸馏水中，待达到产品标准规定的浸泡时间24小时后取出，通过目测评定涂膜是否有起泡、剥落、失光、变色等现象，将充分干燥好的胶膜裁剪成2.0cm*2.0cm的正方形，称其质量，然后将涂膜浸入到去离子水中，浸泡48小时后取出，用滤纸吸干胶膜表面的水后称其质量。
81.实施例4
82.将所有玻璃器皿在烘箱里预先干燥，由注射器准确称取lg左右样品加入锥形瓶中，加入5ml丙酮溶液溶解样品，用移液管向锥形瓶中加入20ml二正丁胺
‑
丙酮溶液，摇晃使瓶中溶液混合均匀，室温放置15min，加入适量的无水丙酮冲洗瓶壁，滴加3～
‑
5滴溴甲酚绿指示剂，用0.1mol/l的标准盐酸溶液滴定，当溶液由蓝色变为黄色保持15s不变为终点，并做空白实验。
83.实施例5
84.在反应刚开始阶段，由于
‑
nco和_oh的浓度相对较高，在催化剂的作用体系下，反应速率较快，所以_nco的含量随反应时间下降明显，随着反应时间的延长，nco和_0h的含量逐渐降低，
‑
nco的含量降低变缓，
‑
nco的含量接近理论值，当反应温度在85℃时，反应溶液中
‑
nco％含量降低最快，但是反应过程容易发生爆聚，因为开始时异氰酸根浓度较高，随着温度的升高反应活性逐渐提高，当温度过高，反应速度过快，从而容易引起暴聚，当反应温度在65℃时，温度较低反应不够充分，反应速度较慢，
‑
nco的含量在2小时还没达到预设定值，需要增加反应时间，当反应温度在75℃时，反应中
‑
nco的含量下降反应较缓和，在2h左右
‑
nco含量就可达到预设值，适合预聚反应的进行，因此，预聚反应的温度选择在75℃，反应时间选择在2h。
85.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。