一种水性聚氨酯树脂及耐低温水性pvc底涂剂
技术领域
本发明涉及PVC底涂剂
技术领域
，具体涉及一种水性聚氨酯树脂及耐低温水性PVC底涂剂。背景技术
目前市面上的PVC水性底涂剂基本以国外进口为主，且现有的水性底涂剂后，收卷易反粘，在低温下和热熔胶的贴合层间剥离力很差，很难进行下一个工序的交付。对增塑剂的迁移阻止性不彻底，导致封边条与所贴合底材脱落。
专利CN108003300A公开了一种改性聚氨酯分散体，用于制备PVC封边条处理剂，所述的改性聚氨酯分散体，通过将其原料聚合反应制备得到，所述原料按质量百分比计包括：二异佛尔酮二异氰酸酯10～20％、聚合多元醇6～15％、亲水扩链剂2～10％、第一中和剂1～4％、金属类催化剂0 .01～0 .1％、有机溶剂2～15％、乙烯基单体5～15％、第二中和剂1～4％、后扩链剂0.5～2％、引发剂0.01～0.5％和余量的水。具有良好的附着力，能够有效的杜绝了PVC中的增塑剂迁移，从而使PVC封边条与板材更紧密的粘着在一起，但是其不具备耐低温、高湿性能，限制了其在低温寒冷环境下的应用。
专利CN104927747A公开了一种水性聚氨酯热熔胶及其制备方法与应用，并具体公开了水性聚氨酯热熔胶的制备方法，包括如下步骤 ：(1) 向反应釜中加入聚醚多元醇，加热升温至120～130℃，保温除水，降温至 75 ～85℃；(2) 在搅拌的条件下，向步骤 (1) 的反应釜中均匀滴加催化剂，随后加入多异佛尔酮二异氰酸酯，温度稳定后升温至 80 ～ 88℃，保温反应 2.0～ 2.5h，得到混合物 ；(3) 向步骤 (2) 装有混合物的反应釜中滴加羧基单体溶液，滴加完后，调整温度至 80 ～90℃，保温反应 3 ～ 4h，得到粗产物 ；其中所述羧基单体溶液是将羧基单体溶解于有机溶剂中得到；(4) 向步骤 (3) 的粗产物中加入丙酮降低体系粘度，提高搅拌机转速，降温至 35 ～40℃，加入中和剂中和，出料，加入蒸馏水，高速剪切乳化，旋转蒸发，得到水性聚氨酯热熔胶。其胶膜熔点为130~150℃，无法在低温下使用。
发明内容
本发明提供一种水性聚氨酯树脂及耐低温水性PVC底涂剂，具有良好的耐低温性能以及耐低温高潮性能。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案：
一种水性聚氨酯树脂，按质量份计，包括：15~20份异佛尔酮二异氰酸酯、5~15份端羟基聚丁二烯、5~18份有机溶剂、5~12份蓖麻油改性聚酯多元醇、2~8份亲水扩链剂、2~6份中和剂、0.4~5份后扩链剂、0.01~0.25份催化剂、50~65份去离子水。
作为一种优选方案，所述水性聚氨酯树脂按质量份计，包括：15~20份异佛尔酮二异氰酸酯、6~15份端羟基聚丁二烯、5~15份有机溶剂、5~10份蓖麻油改性聚酯多元醇、3~8份亲水扩链剂、2~5份中和剂、0.5~5份后扩链剂、0.01~0.2份催化剂、50~60份去离子水。
作为一种优选方案，所述亲水扩链剂为1，4-丁二醇，所述后扩链剂为2，2-二羟甲基丙酸。
本发明的发明人在大量的水性聚氨酯树脂配方研究中发现，端羟基聚丁二烯具有良好的高粘附性和耐低温的性能，蓖麻油改性聚酯多元醇结晶性强，耐高温高湿性优异，二者与异佛尔酮二异氰酸酯反应生成互穿的网状结构树脂，成膜后具有良好的耐低温、高湿性能，使其在低温高湿下具有良好的粘附力。
发明人在大量的研究中进一步发现，在本发明的配方体系下，亲水扩链剂（1，4-丁二醇）、后扩链剂（2，2-二羟甲基丙酸）的加入反应生成了三维网络结构的固化物，进一步提高了耐低温、高湿性能，使其在低温高湿下具有良好的粘附力。
同时，发明人发现，若将蓖麻油改性聚酯多元醇、端羟基聚丁二烯替换为别的聚酯多元醇，耐低温、高湿性能会发生显著下降。也就是说在只有将端羟基聚丁二烯、蓖麻油改性聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、亲水扩链剂（1，4-丁二醇）、后扩链剂（2，2-二羟甲基丙酸）联用，才能达到低温高湿下具有良好的粘附力。
在本发明中，所述端羟基聚丁二烯购买于日本曹达株式会社，牌号JP—100、JP-200、GI-2000、GI-3000。
在本发明中，所述的蓖麻油改性聚酯多元醇购买于美国凡特鲁斯，牌号D1000、D2000、D3000。
作为一种优选方案，所述有机溶剂为丙酮，所述中和剂为二甲基乙醇胺，所述催化剂为有机铋。
本发明还提供了一种所述的水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
将端羟基聚丁二烯、蓖麻油改性聚酯多元醇、亲水扩链剂加入到反应釜中，升温至100~140℃，真空脱水，在惰性气体保护下，降温至40~60℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂，升温至80~90℃，保温2.5~4h，加入后扩链剂，升温至90~100℃，保温反应1~5h；降温至35~45℃，加入部分中和剂，搅拌均匀，再加入有机溶剂，分散均匀，加入去离子水、中和剂，搅拌均匀，脱去有机溶剂，即得水性聚氨酯树脂。
本发明还提供了一种耐低温水性PVC底涂剂，按质量份计，包括：80~90份水性聚氨酯树脂、0.1~0.3份流平剂、0.1~0.3份消泡剂、0.1~0.3份增稠剂、12~18份去离子水。
在本发明中，所述流平剂为Hydropalat ®WE3120；所述消泡剂为Fomaster ®NO2306，所述增稠剂为Rheovis ®PU1331，均购买于巴斯夫。
作为一种优选方案，所述水性聚氨酯树脂按质量份计，包括：15~20份异佛尔酮二异氰酸酯、5~15份端羟基聚丁二烯、5~18份有机溶剂、5~12份蓖麻油改性聚酯多元醇、2~8份亲水扩链剂、2~5份中和剂、0.4~5份后扩链剂、0.01~0.25份催化剂、50~65份去离子水。
作为一种优选方案，所述亲水扩链剂为1，4-丁二醇，所述后扩链剂为2，2-二羟甲基丙酸；所述有机溶剂为丙酮，所述中和剂为二甲基乙醇胺，所述催化剂为有机铋。
作为一种优选方案，所述水性聚氨酯树脂的制备方法为：将亲水扩链剂加入到反应釜中，升温至100~140℃，真空脱水，在惰性气体保护下，降温至40~60℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂，升温至80~90℃，保温2.5~4h，加入后扩链剂，升温至90~100℃，保温反应1~5h；降温至35~45℃，加入部分中和剂，搅拌均匀，再加入有机溶剂，分散均匀，加入去离子水、中和剂，搅拌均匀，脱去有机溶剂，即得水性聚氨酯树脂。
本发明还提供了一种耐低温水性PVC底涂剂的制备方法，包括以下步骤：将水性聚氨酯树脂、流平剂、消泡剂、增稠剂、去离子水加入到反应釜中，搅拌均匀，即得耐低温水性PVC底涂剂。
本发明的有益效果：本发明所述的有水性聚氨酯树脂制备而成的耐低温水性PVC底涂剂具有良好的的耐低温、高湿性能，且所述的耐低温水性PVC底涂剂配方科学简单，经过配方优化后，使其在低温高湿下具有良好的粘附力，通过使用端羟基聚丁二烯和蓖麻油改性聚酯多元醇，与异佛尔酮二异氰酸酯反应生成互穿的网状结构树脂，成膜后具有良好的耐低温、高湿性能，使其在低温高湿下具有良好的粘附力。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。
在本发明中，除特别声明，所述的份均为质量份。
实施例1
一种水性聚氨酯树脂，按质量份计，包括：20份异佛尔酮二异氰酸酯、15份端羟基聚丁二烯、15份丙酮、10份蓖麻油改性聚酯多元醇、8份1，4-丁二醇、4份二甲基乙醇胺、5份2，2-二羟甲基丙酸、0.05份有机铋、60份去离子水。
在本实施例中，所述端羟基聚丁二烯购买于日本曹达株式会社，牌号JP-200。
在本实施例中，所述的蓖麻油改性聚酯多元醇购买于美国凡特鲁斯，牌号D2000。
所述的水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
将端羟基聚丁二烯、蓖麻油改性聚酯多元醇、1，4-丁二醇加入到反应釜中，升温至130℃，真空脱水2h，在惰性气体保护下，降温至50℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、有机铋，升温至85℃，保温3.5h，加入2，2-二羟甲基丙酸，升温至95℃，保温反应4h；降温至40℃，加入50%总质量的二甲基乙醇胺，搅拌均匀，再加入丙酮，分散均匀，加入去离子水、剩余二甲基乙醇胺，搅拌均匀，脱去丙酮，即得水性聚氨酯树脂。
制备耐低温水性PVC底涂剂：取上述制备的水性聚氨酯树脂85质量份、0.2质量份Hydropalat ®WE3120、0.2 质量份Fomaster ®NO 2306、0.2质量份Rheovis ®PU1331、15质量份去离子水加入反应釜中，以2000rpm转速搅拌均匀，得到耐低温水性PVC底涂剂。
在本实施例中，端羟基聚丁二烯具有良好的高粘附性和耐低温的性能，蓖麻油改性聚酯多元醇结晶性强，耐高温高湿性优异，二者与异佛尔酮二异氰酸酯反应生成互穿的网状结构树脂，成膜后具有良好的耐低温、高湿性能，使其在低温高湿下具有良好的粘附力，亲水扩链剂（1，4-丁二醇）、后扩链剂（2，2-二羟甲基丙酸）的加入反应生成了三维网络结构的固化物，进一步提高了耐低温、高湿性能，使其在低温高湿下具有良好的粘附力。
实施例2
一种水性聚氨酯树脂，按质量份计，包括：15份异佛尔酮二异氰酸酯、6份端羟基聚丁二烯、5份丙酮、5份蓖麻油改性聚酯多元醇、3份1，4-丁二醇、2份二甲基乙醇胺、0.5份2，2-二羟甲基丙酸、0.05份有机铋、50去离子水。
在本实施例中，所述端羟基聚丁二烯购买于日本曹达株式会社，牌号JP-100。
在本实施例中，所述的蓖麻油改性聚酯多元醇购买于美国凡特鲁斯，牌号D1000。
所述的水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
将端羟基聚丁二烯、蓖麻油改性聚酯多元醇、1，4-丁二醇加入到反应釜中，升温至130℃，真空脱水2h，在惰性气体保护下，降温至50℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、有机铋，升温至85℃，保温3.5h，加入2，2-二羟甲基丙酸，升温至95℃，保温反应4h；降温至40℃，加入50%总质量的二甲基乙醇胺，搅拌均匀，再加入丙酮，分散均匀，加入去离子水、剩余二甲基乙醇胺，搅拌均匀，脱去丙酮，即得水性聚氨酯树脂。
制备耐低温水性PVC底涂剂：取上述制备的水性聚氨酯树脂85质量份、0.2质量份Hydropalat ®WE3120、0.2 质量份Fomaster ®NO 2306、0.2质量份Rheovis ®PU1331、15质量份去离子水加入反应釜中，以2000rpm转速搅拌均匀，得到耐低温水性PVC底涂剂。
实施例3
一种水性聚氨酯树脂，按质量份计，包括：18份异佛尔酮二异氰酸酯、12份端羟基聚丁二烯、10份丙酮、8份蓖麻油改性聚酯多元醇、5份1，4-丁二醇、2.5份二甲基乙醇胺、3份2，2-二羟甲基丙酸、0.05份有机铋、55份去离子水。
在本实施例中，所述端羟基聚丁二烯购买于日本曹达株式会社，牌号GI-2000。
在本实施例中，所述的蓖麻油改性聚酯多元醇购买于美国凡特鲁斯，牌号D1000。
所述的水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
将端羟基聚丁二烯、蓖麻油改性聚酯多元醇、1，4-丁二醇加入到反应釜中，升温至130℃，真空脱水2h，在惰性气体保护下，降温至50℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、有机铋，升温至85℃，保温3.5h，加入2，2-二羟甲基丙酸，升温至95℃，保温反应4h；降温至40℃，加入40%总质量的二甲基乙醇胺，搅拌均匀，再加入丙酮，分散均匀，加入去离子水、剩余二甲基乙醇胺，搅拌均匀，脱去丙酮，即得水性聚氨酯树脂。
制备耐低温水性PVC底涂剂：取上述制备的水性聚氨酯树脂85质量份、0.2质量份Hydropalat ®WE3120、0.2 质量份Fomaster ®NO 2306、0.2质量份Rheovis ®PU1331、15质量份去离子水加入反应釜中，以2000rpm转速搅拌均匀，得到耐低温水性PVC底涂剂。
实施例4
实施例4与实施例1不同之处在于，实施例4采用等量的乙二醇替换1，4-丁二醇，等量的乙二胺替换2，2-二羟甲基丙酸，其他都相同，即在本实施例中，亲水扩链剂和后扩链剂被乙二醇、乙二胺替换。
对比例1
对比例1与实施例1不同之处在于，对比例1采用等量的聚己内酯二元醇（分子量1000）替换实施例1的蓖麻油改性聚酯多元醇，其他都相同。
对比例2
对比例2与实施例1不同之处在于，对比例2采用等量的聚丁二烯替换实施例1所述的端羟基聚丁二烯，其他都相同。
对比例3
对比例3与实施例1不同之处在于，对比例3采用CN 108003300 A实施例1制备得到的改性聚氨酯分散剂替换实施例1所述的水性聚氨酯树脂，其他都相同。
为了进一步证明本发明的效果，提供了以下测试方法：
将各实施例、对比例所述的底涂剂分别涂装于PVC封边条（每个实施例、对比例均选用3个测试例，测试取平均值），将涂好底涂剂的PVC封边条与高密度板材用热熔胶热封贴合，分别于不同的环境温度下施工，施胶一周后，其中耐低温性能是在-10℃下，施胶一周后进行检测的，耐低温高湿性能是在0℃、湿度为80%下，施胶一周后进行检测的，测试结果见表1。
表1 测试结果
从表1中可看出，本发明所述的由水性聚氨酯树脂制备而成的耐低温PVC底涂剂具有良好的耐低温以及耐低温高湿性能。
对比实施例1~3可知，经过配方优化的水性聚氨酯树脂制备而成的PVC底涂剂具有良好的耐低温以及耐低温高湿性能。
对比实施例1与实施例4可知，在本发明的配方体系下，不同的亲水扩链剂、后扩链剂的选取也能在一定程度上影响耐低温以及耐低温高湿性能，其中采取本发明所述的1，4-丁二醇、2，2-二羟甲基丙酸在本发明中具有更好的适用性，具有更好的耐低温以及耐低温高湿性能。
对比实施例1与对比例1、2可知，若本发明所述的蓖麻油改性聚酯多元醇被其他物质替换或者所述的端羟基聚丁二烯被其他物质替换，耐低温以及耐低温高湿性能均会显著下降。
可见只有将端羟基聚丁二烯、蓖麻油改性聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、亲水扩链剂（1，4-丁二醇）、后扩链剂（2，2-二羟甲基丙酸）联用，才能达到低温高湿下具有良好的粘附力。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
