CN111138629A - 水性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用。该水性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：多元醇、异氰酸酯、催化剂、亲水扩链剂、封端剂、中和剂、水。其中所述多元醇包括多元醇A和多元醇B；多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇中的至少一种。通过多元醇A与多元醇B混合使用，并配合异氰酸酯、催化剂、亲水扩链剂、封端剂、中和剂、水，控制各组分的质量份数，能够提高水性聚氨酯乳液的微相分离以及氢键之间的相互作用，使得水性聚氨酯具有良好的稳定性、耐水性以及耐化学试剂腐蚀性能。

Description

水性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种水性聚氨酯乳液、涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济的快速发展，越来越多的材料被制备出来并被广泛应用，新材料的开发和使用给人们的生活带来了很大的便利，但是由此带来的环境污染问题也日益严重。比如溶剂型涂料、溶剂型粘合剂的使用产生了大量的挥发性有机化合物(VOC)，给环境带来了严重的不利影响。因此，全国范围内正在逐步限制溶剂型涂料、溶剂型粘合剂的使用。与溶剂型涂料、溶剂型粘合剂相比，水性聚氨酯具有对环境友好、韧性好、强度高等优点。然而传统的水性聚氨酯制得的涂料、粘结剂等产品的稳定性和耐水性较差，而且容易被化学试剂腐蚀，这些都在很大程度上限制了水性聚氨酯的应用。
发明内容
基于此，一方面有必要提供一种水性聚氨酯乳液。所述水性聚氨酯乳液具有良好的耐水性和耐化学试剂腐蚀性能。
另一方面，还有必要提供一种涂料。所述涂料的原料组分中包括所述水性聚氨酯乳液，所述涂料具有良好的性能，并且使用过程绿色环保；并且采用二氧化碳为原料作为合成材料，绿色低碳，环境友好。
具体的技术方案如下：
本发明的一个目的在于提供一种水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：
Figure BDA0002368179350000011
Figure BDA0002368179350000021
所述多元醇包括多元醇A和多元醇B；所述多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，所述多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述多元醇A与所述多元醇B质量比为1:(1.5～4)。
在其中一个实施例中，所述二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为2000g/mol～4000g/mol，所述二氧化碳共聚物多元醇的羟基官能度为2～6。
在其中一个实施例中，所述异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、氢化亚甲基二苯基二异氰酸酯以及六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述催化剂为有机铋；和/或，
所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸以及乙二氨基磺酸钠中的至少一种；和/或，
所述封端剂为三羟甲基丙烷、季戊四醇以及葡萄糖中的至少一种；和/或，
所述中和剂为三乙胺、一乙醇胺、二乙醇胺以及三乙醇胺中的至少一种。
本发明的另一个目的在于提供一种水性聚氨酯乳液的制备方法，所述水性聚氨酯乳液的制备方法包括如下步骤：
将多元醇、异氰酸酯以及催化剂混合后，于70℃～95℃的温度下搅拌均匀；
调节温度至60℃～70℃，加入亲水扩链剂，于60℃～75℃的温度下搅拌均匀；
加入封端剂，并在60℃～75℃的温度下搅拌均匀之后加入中和剂；
调节温度至40℃～60℃，加入质量份为95份～105份的溶剂，搅拌均匀，得到预聚体；
将所述预聚体在8℃～12℃的水中进行分散处理，得到水性聚氨酯乳液预成品；
除去所述水性聚氨酯乳液预成品中的所述溶剂。
在其中一个实施例中，所述溶剂为丙酮和丁酮中的至少一种。
本发明还有一个目的在于提供一种上述任一实施例中所述水性聚氨酯乳液在制备涂料中的应用。
除了以上目的，本发明还有一个目的是在于提供一种涂料以及所述涂料的制备方法。
一种涂料，主要由以下质量份的组分制备而成：如上述任一实施例中所述的水性聚氨酯乳液95份～105份、氨基树脂10份～50份、以及助剂0.5份～1.6份。
一种所述涂料的制备方法，包括如下步骤：
采用上述任一实施例中所述的水性聚氨酯乳液的制备方法制备所述水性聚氨酯乳液；
将所述水性聚氨酯乳液与所述助剂混合，并加入所述氨基树脂。
上述水性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：多元醇90份～110份、异氰酸酯20份～50份、催化剂0.05份～0.15份、亲水扩链剂5份～10份、封端剂15份～30份、中和剂3.7份～7.5份、水170份～350份。其中多元醇包括多元醇A和多元醇B；多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇中的至少一种。上述水性聚氨酯乳液中以多元醇A和多元醇B两类多元醇为原料，多元醇A内部结构不规整，无序度高，能够影响分子链的排列。多元醇B分子内部结构对称，分子内部容易结晶，提供分子内氢键，内聚力大，能够有效提高分子间的作用力。多元醇A与多元醇B配合使用，能够有效提高水性聚氨酯的综合性能。同时，多元醇A与多元醇B混合使用，并配合异氰酸酯、催化剂、亲水扩链剂、封端剂、中和剂、水，控制各组分的质量份数，能够提高水性聚氨酯乳液的微相分离以及氢键之间的相互作用，使得水性聚氨酯具有良好的稳定性、耐水性以及耐化学试剂腐蚀性能。
上述涂料主要由上述水性聚氨酯乳液配合氨基树脂和助剂制备而成。在具备水性聚氨酯稳定性好、耐水性和耐化学腐蚀性能好的基础上，通过与氨基树脂、助剂的合理配比，使得该涂料具有硬度高、韧性好的特点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例提供了一种水性聚氨酯乳液，该水性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：
Figure BDA0002368179350000041
多元醇包括多元醇A和多元醇B；多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇中的至少一种。
在水性聚氨酯中，影响其性能的主要因素在于水性聚氨酯中软段和硬段的选择和配比。软段主要由多元醇所构成，硬段则主要由异氰酸酯和其他助剂构成。其中多元醇的选择对水性聚氨酯的性能具有关键的作用，多元醇会影响到水性聚氨酯的分子量、稳定性、耐水性以及耐腐蚀性能。不同的软段与异氰酸酯聚合制备的水性聚氨酯的性能会有很大的不同，相同的软段与异氰酸酯按照不同的配比聚合得到的水性聚氨酯的性能也会有很大的区别。因此，选用合适的软段以及确定软段与硬段的配比对于改善水性聚氨酯的性能尤为重要。本实施例水性聚氨酯乳液中以多元醇A和多元醇B两类多元醇为原料，多元醇A内部结构不规整，无序度高，能够影响分子链的排列。多元醇B分子内部结构对称，分子内部容易结晶，提供分子内氢键，内聚力大，能够有效提高分子间的作用力。多元醇A与多元醇B配合使用，能够有效提高水性聚氨酯的综合性能。同时，多元醇A与多元醇B混合使用，并配合异氰酸酯、催化剂、亲水扩链剂、封端剂、中和剂、水，控制各组分的质量份数，能够提高水性聚氨酯乳液的微相分离以及氢键之间的相互作用，使得水性聚氨酯具有良好的耐水性以及耐化学试剂腐蚀性能。
作为一个优选的方案，多元醇A与多元醇B质量比为1:(1.5～4)。多元醇A与多元醇B采用质量比为1:(1.5～4)进行配比，能够将水性聚氨酯的异氰酸酯指数控制小于1的范围内，以得到羟基封端的水性聚氨酯。在该异氰酸酯指数范围内，水性聚氨酯预聚体具有合适的粘度，易于乳化，能够有效提高水性聚氨酯的稳定性。
其中，异氰酸酯指数是指聚氨酯合成过程中，所采用的原料中异氰酸酯基(NCO)的物质的量与可以和NCO反应的官能团的物质的量的总和的比值。在传统的制备水性聚氨酯的过程中，一般是采用异氰酸酯指数大于1的形式合成，以使得水性聚氨酯具有更大的分子量。然而，采用异氰酸酯指数大于1的形式合成时，水性聚氨酯预聚体的粘度过大，难以乳化，产品的稳定性差。
本实施例中通过选用合适的多元醇A和多元醇B，并将多元醇A与多元醇B的质量比控制为1:(1.5～4)，能够将水性聚氨酯的异氰酸酯指数控制小于1的范围内，能够有效提高水性聚氨酯的稳定性。具体地，多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，二氧化碳共聚物多元醇内部含有较多的碳酸酯键和醚键，还含有侧甲基，侧甲基的存在使得碳酸酯键以及醚键的内旋受限，使得水性聚氨酯产品具有较高的力学性能和硬度。多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇中的至少一种，多元醇B分子内部结构对称，内聚力大，能够有效降低多元醇A的无序度。通过控制多元醇A与多元醇B的质量比为1:(1.5～4)，得到综合性能好的羟基封端的水性聚氨酯。
在一个具体的示例中，水性聚氨酯乳液由以下质量份的组分制备而成：
Figure BDA0002368179350000051
Figure BDA0002368179350000061
在一个具体的示例中，水性聚氨酯乳液主要由以下质量份的组分制备而成：
Figure BDA0002368179350000062
具体地，水性聚氨酯乳液由以下质量份的组分制备而成：
Figure BDA0002368179350000063
在一个具体的示例中，水性聚氨酯乳液由以下质量份的组分制备而成：
Figure BDA0002368179350000064
Figure BDA0002368179350000071
在一个具体的示例中，二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为2000g/mol～4000g/mol，二氧化碳共聚物多元醇的羟基官能度为2～6。聚碳酸酯二醇的数均分子量为1000g/mol～3000g/mol，聚碳酸酯二醇的羟基官能度为2。聚己二酸丁二醇酯二醇的数均分子量为2000g/mol～4000g/mol，聚己二酸丁二醇酯二醇的羟基官能度为2。聚四氢呋喃二醇的数均分子量为1000g/mol～3000g/mol，聚四氢呋喃二醇的羟基官能度为2。
在一个具体的示例中，异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、氢化亚甲基二苯基二异氰酸酯以及六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。催化剂为有机铋。催化剂对水性聚氨酯的结构有很大影响。多元醇A主要含有仲羟基，反应活性低，多元醇B主要含有伯羟基，反应活性高。多元醇A和多元醇B的反应活性差异会造成结构的不同，采用有机铋催化剂可以使得多元醇排列整齐，使水性聚氨酯达到优异的综合性能。亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸以及乙二氨基磺酸钠的至少一种。封端剂为三羟甲基丙烷、季戊四醇以及葡萄糖中的至少一种。中和剂为三乙胺、一乙醇胺、二乙醇胺以及三乙醇胺中的至少一种。水为去离子水。
本发明另一实施例还提供了一种水性聚氨酯乳液的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
按上述水性聚氨酯乳液中的质量份对多元醇、异氰酸酯、催化剂、亲水扩链剂、封端剂、中和剂以及水进行配料；
将多元醇、异氰酸酯、催化剂混合，并在70℃～95℃的温度下搅拌2h～5h；
降温至60℃～70℃，加入亲水扩链剂，并在60℃～75℃的温度下搅拌1h～3h；
加入封端剂，并在60℃～75℃的温度下搅拌0.1h～0.5h之后加入中和剂；
降温至40℃～60℃，加入质量份为95份～105份的溶剂，搅拌0.1h～1h，得到预聚体；
将预聚体在8℃～12℃的水中进行分散处理，得到水性聚氨酯乳液预成品；
除去水性聚氨酯乳液预成品中的溶剂。
在一个具体的示例中，溶剂为丙酮和丁酮中的至少一种。
在一个具体的示例中，分散处理的方法为：在1200rpm～2000rpm的分散速度下，将预聚体与水混合。具体地，在1200rpm～2000rpm的分散速度下，将预聚体加入水中。
在一个具体的示例中，预聚体在水中进行分散处理之后，将分散之后得到的混合物乳化10min～20min。
在一个具体的示例中，除去水性聚氨酯乳液预成品中的溶剂的方法为：通过减压除去溶剂。
在一个具体的示例中，将多元醇、异氰酸酯、催化剂混合之前，对多元醇进行脱水处理。脱水处理的方法为：在100℃～115℃的真空环境下，将多元醇搅拌1.5h～3h。
本发明另一实施例还提供了一种上述水性聚氨酯乳液在制备涂料中的应用。
除上述实施例外，本发明还有一个实施例提供了一种涂料，主要由以下质量份的组分制备而成：上述水性聚氨酯乳液95份～105份、氨基树脂10份～50份、以及助剂0.5份～1.6份。
具体地，氨基树脂为氰特氨基树脂325和/或氰特氨基树脂303。
助剂为质量份分别为0.2份～0.4份的润湿剂、0.1份～0.4份的消泡剂以及0.2份～0.8份的增稠剂。
该涂料主要由上述水性聚氨酯乳液配合氨基树脂和助剂制备而成。在具备水性聚氨酯稳定性好、耐水性和耐化学腐蚀性能好的基础上，通过与氨基树脂、助剂的合理配比，使得该涂料具有硬度高、韧性好的特点。
本发明另一个实施例还提供了一种上述涂料的制备方法，该涂料的制备方法包括如下步骤：
采用上述水性聚氨酯乳液的制备方法制备水性聚氨酯乳液；
将水性聚氨酯乳液与助剂混合，并加入氨基树脂。
以下为具体实施例。
实施例1
本实施例中多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，该二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2。
本实施例中多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇组成的混合物。其中聚碳酸酯二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2；聚己二酸丁二醇酯二醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2；聚四氢呋喃二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2。
本实施例中异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯。催化剂为有机铋催化剂。亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。封端剂为三羟甲基丙烷。中和剂为三乙胺。水为去离子水。溶剂为丙酮。
本实施例中氨基树脂为氰特氨基树脂325。助剂为质量份分别为0.2份润湿剂BYK，0.1份消泡剂BYK024，0.5份增稠剂罗门哈斯8w。
本实施例中水性聚氨酯乳液的制备方法为：
(1)在反应釜中加入质量份分别为30份的二氧化碳共聚物多元醇、30份的聚己二酸丁二醇酯二醇、20份的聚碳酸酯二醇、20份的聚四氢呋喃二醇。在100℃的真空环境下，搅拌脱水2h。然后降温至常温，再加入质量份分别为35.52份的异氟尔酮二异氰酸酯和0.1份的有机铋催化剂，升温至80℃，在80℃的温度下搅拌反应4h。然后再降温至70℃，加入质量份为5.36份的二羟甲基丙酸，并在70℃温度下搅拌反应1h之后加入质量份为21.44份的三羟甲基丙烷继续搅拌0.2h，然后加入质量份为4份的三乙胺。然后降温至50℃，加入质量份为100份的丙酮搅拌0.5h，得到预聚体。
(2)在1500rpm的分散速度下，将步骤(1)中得到的预聚体加入到质量份为300份的温度为10℃的去离子水中，并乳化15min，得到水性聚氨酯乳液预成品。
(3)将步骤(2)中得到的水性聚氨酯乳液预成品在负压下脱去丙酮，得到本实施例中的水性聚氨酯乳液。
本实施例中异氰酸酯指数＝(0.16×2)/(0.01×2+0.01×2+0.01×2+0.01×2+0.04×2+0.16×3)＝0.5。水性聚氨酯乳液中固含量为34.8％。
本实施例中涂料的制备方法为：
取质量份为100份的水性聚氨酯乳液，加入助剂分散之后，加入质量份为35份的氰特氨基树脂325，搅拌均匀，得到本实施例中的涂料。
实施例2
本实施例中多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，该二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2。
本实施例中多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇组成的混合物。其中聚碳酸酯二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2；聚己二酸丁二醇酯二醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2；聚四氢呋喃二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2。
本实施例中异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯。催化剂为有机铋催化剂。亲水扩链剂为二羟甲基丁酸。封端剂为三羟甲基丙烷。中和剂为三乙胺。水为去离子水。溶剂为丙酮。
本实施例中氨基树脂为氰特氨基树脂325。助剂为质量份分别为0.2份润湿剂BYK，0.1份消泡剂BYK024，0.5份增稠剂罗门哈斯8w。
本实施例中水性聚氨酯乳液的制备方法为：
(1)在反应釜中加入质量份分别为20份的二氧化碳共聚物多元醇、10份的聚己二酸丁二醇酯二醇、40份的聚碳酸酯二醇、30份的聚四氢呋喃二醇。在110℃的真空环境下，搅拌脱水2h。然后降温至常温，再加入质量份分别为35.52份的异氟尔酮二异氰酸酯和0.1份的有机铋催化剂，升温至85℃，在85℃的温度下搅拌反应3h。然后再降温至70℃，加入质量份为5.92份的二羟甲基丁酸，并在70℃温度下搅拌反应1h之后加入质量份为20.6份的三羟甲基丙烷继续搅拌0.2h，然后质量份为4份的三乙胺。然后降温至50℃，加入质量份为100份的丙酮搅拌搅拌0.5h，得到预聚体。
(2)在1500rpm的分散速度下，将步骤(1)中得到的预聚体加入到质量份为250份温度为10℃的去离子水中，并乳化15min，得到水性聚氨酯乳液预成品。
(3)将步骤(2)中得到的水性聚氨酯乳液预成品在负压下脱去丙酮，得到本实施例中的水性聚氨酯乳液。本实施例中异氰酸酯指数＝(0.16×2)/(0.007×2+0.003×2+0.02×2+0.015×2+0.04×2+0.154×3)＝0.506。水性聚氨酯乳液中固含量为38.9％。
本实施例中涂料的制备方法为：
取质量份为100份的水性聚氨酯乳液，加入助剂分散之后，加入质量份为35份的氰特氨基树脂325，搅拌均匀，得到本实施例中的涂料。
对比例1
本对比例中多元醇A为聚丙烯醚二醇，该聚丙烯醚二醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2。
本对比例中多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇组成的混合物。其中聚碳酸酯二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2；聚己二酸丁二醇酯二醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2；聚四氢呋喃二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2。
本对比例中异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯。催化剂为有机铋催化剂。亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。封端剂为三羟甲基丙烷。中和剂为三乙胺。水为去离子水。溶剂为丙酮。
本对比例中氨基树脂为氰特氨基树脂325。助剂为质量份分别为0.2份润湿剂BYK，0.1份消泡剂BYK024，0.5份增稠剂罗门哈斯8w。
本对比例中水性聚氨酯乳液的制备方法为：
(1)在反应釜中加入质量份分别为30份的聚丙烯醚二醇、30份的聚己二酸丁二醇酯二醇、20份的聚碳酸酯二醇、20份的聚四氢呋喃二醇。在100℃的真空环境下，搅拌脱水2h。然后降温至常温，再加入质量份分别为35.52份的异氟尔酮二异氰酸酯和0.1份的有机铋催化剂，升温至80℃，在80℃的温度下搅拌反应4h。然后再降温至70℃，加入质量份为5.36份的二羟甲基丙酸，并在70℃温度下搅拌反应1h之后加入质量份为21.44份的三羟甲基丙烷继续搅拌0.2h，然后加入质量份为4份的三乙胺。然后降温至50℃，加入质量份为100份的丙酮搅拌0.5h，得到预聚体。
(2)在1500rpm的分散速度下，将步骤(1)中得到的预聚体加入到质量份为300份的温度为10℃的去离子水中，并乳化15min，得到水性聚氨酯乳液预成品。
(3)将步骤(2)中得到的水性聚氨酯乳液预成品在负压下脱去丙酮，得到本实施例中的水性聚氨酯乳液。
本对比例中涂料的制备方法为：
取质量份为100份的水性聚氨酯乳液，加入助剂分散之后，加入质量份为35份的氰特氨基树脂325，搅拌均匀，得到本实施例中的涂料。
对比例2
本对比例中多元醇为质量份为100的二氧化碳共聚物多元醇，该二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为3000g/mol、羟基官能度为2。
本实施例中异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯。催化剂为有机铋催化剂。亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。封端剂为三羟甲基丙烷。中和剂为三乙胺。水为去离子水。溶剂为丙酮。
本对比例中氨基树脂为氰特氨基树脂325。助剂为质量份分别为0.2份润湿剂BYK，0.1份消泡剂BYK024，0.5份增稠剂罗门哈斯8w。
本对比例中水性聚氨酯乳液的制备方法为：
(1)在反应釜中加入质量份为100的二氧化碳共聚物多元醇。在100℃的真空环境下，搅拌脱水2h。然后降温至常温，再加入质量份分别为35.52份的异氟尔酮二异氰酸酯和0.1份的有机铋催化剂，升温至80℃，在80℃的温度下搅拌反应4h。然后再降温至70℃，加入质量份为5.36份的二羟甲基丙酸，并在70℃温度下搅拌反应1h之后加入质量份为21.44份的三羟甲基丙烷继续搅拌0.2h，然后加入质量份为4份的三乙胺。然后降温至50℃，加入质量份为100份的丙酮搅拌0.5h，得到预聚体。
(2)在1500rpm的分散速度下，将步骤(1)中得到的预聚体加入到质量份为300份的温度为10℃的去离子水中，并乳化15min，得到水性聚氨酯乳液预成品。
(3)将步骤(2)中得到的水性聚氨酯乳液预成品在负压下脱去丙酮，得到本实施例中的水性聚氨酯乳液。
本对比例中涂料的制备方法为：
取质量份为100份的水性聚氨酯乳液，加入助剂分散之后，加入质量份为35份的氰特氨基树脂325，搅拌均匀，得到本实施例中的涂料。
对比例3
本对比例中多元醇为质量份为100的聚碳酸酯二醇，该聚碳酸酯二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2。
本实施例中异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯。催化剂为有机铋催化剂。亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。封端剂为三羟甲基丙烷。中和剂为三乙胺。水为去离子水。溶剂为丙酮。
本对比例中氨基树脂为氰特氨基树脂325。助剂为质量份分别为0.2份润湿剂BYK，0.1份消泡剂BYK024，0.5份增稠剂罗门哈斯8w。
本对比例中水性聚氨酯乳液的制备方法为：
(1)在反应釜中加入质量份为100的聚碳酸酯二醇。在100℃的真空环境下，搅拌脱水2h。然后降温至常温，再加入质量份分别为35.52份的异氟尔酮二异氰酸酯和0.1份的有机铋催化剂，升温至80℃，在80℃的温度下搅拌反应4h。然后再降温至70℃，加入质量份为5.36份的二羟甲基丙酸，并在70℃温度下搅拌反应1h之后加入质量份为21.44份的三羟甲基丙烷继续搅拌0.2h，然后加入质量份为4份的三乙胺。然后降温至50℃，加入质量份为100份的丙酮搅拌0.5h，得到预聚体。
(2)在1500rpm的分散速度下，将步骤(1)中得到的预聚体加入到质量份为300份的温度为10℃的去离子水中，并乳化15min，得到水性聚氨酯乳液预成品。
(3)将步骤(2)中得到的水性聚氨酯乳液预成品在负压下脱去丙酮，得到本实施例中的水性聚氨酯乳液。
本对比例中涂料的制备方法为：
取质量份为100份的水性聚氨酯乳液，加入助剂分散之后，加入质量份为35份的氰特氨基树脂325，搅拌均匀，得到本实施例中的涂料。
对比例4
与实施例1相比，本对比例的不同之处在于，将实施例1中聚四氢呋喃二醇替换成聚丙烯醚二醇，该聚丙烯醚二醇的数均分子量为2000g/mol、羟基官能度为2。同时，以与实施例1相同的方法制备本对比例中的涂料。
对比例5
与实施例1相比，本对比例的不同之处在于，在制备涂料时，不添加氨基树脂。以与实施例1相同的方法制备本对比例中的涂料。
对比例6
与实施例1相比，本对比例的不同之处在于，在制备涂料时，将氰特氨基树脂325替换成水性异氰酸酯固化剂2547，并且水性聚氨酯乳液与水性异氰酸酯固化剂2547的质量比为10:1。以与实施例1相同的方法制备本对比例中的涂料。
对比例7
与实施例1相比，本对比例的不同之处在于，在制备涂料时不加入助剂。
测试例1
分别使用实施例1～2、对比例1～6中的涂料，按照GB/T1727-1992《漆膜一般制备法》涂在马口铁上，控制干膜的厚度为50μm，常温自干1h，然后在放入150℃的烘箱中烘烤20min。然后分别进行硬度测试、柔韧性测试、附着力测试、耐冲击性测试、耐水性测试、耐酸性测试、耐碱性测试、耐酒精测试。测试结果如表1所示。
测试方法分别为：
(1)铅笔硬度根据国标《GB/T6739-1996涂膜铅笔硬度测定法》测定。
(2)柔韧性采用轴棒测定器根据GB/T 1731-93《漆膜柔韧性测定方法》，其中测试数据越大表明柔韧性越差。
(3)附着力测试根据GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验。
(4)耐冲击性根据GB/T 1732-93《漆膜耐冲击测定法》测定。
(5)耐水性根据GB/T1733-1993《漆膜耐水性测定法》中的乙法浸泡沸水法，观察多少小时出现锈斑。
(6)耐酸碱性根据GB/T9274-1988色漆和清漆耐液体介质测定，采用甲法，酸性介质为0.1mol/L的硫酸，碱性介质是0.1mol/L的氢氧化钠，观察漆膜情况，观察多少小时出现锈斑。
(7)耐酒精测试根据GB/T 23989-2009《涂料耐溶剂擦拭性测定法》，溶剂为99％酒精。
表1性能测试结果
试验样品 硬度 柔韧性 附着力 耐冲击性 耐水性/h 耐酸性/h 耐碱性/h 耐酒精/次
实施例1 5H 1 0 未见异常 100 150 100 100
实施例2 5H 1 0 未见异常 100 150 100 120
对比例1 2H 4 2 部分脱落 50 70 60 50
对比例2 4H 2 1 未见异常 60 60 80 80
对比例3 4H 4 2 脱落 70 80 90 100
对比例4 2H 2 2 未见异常 50 60 80 50
对比例5 - - - - - - - -
对比例6 1H 2 0 未见异常 60 70 80 80
对比例7 3H 2 4 部分剥落 50 60 50 50
注：-代表性能极差测不出。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水性聚氨酯乳液，其特征在于：主要由以下质量份的组分制备而成：
Figure FDA0002368179340000011
所述多元醇包括多元醇A和多元醇B；所述多元醇A为二氧化碳共聚物多元醇，所述多元醇B为聚碳酸酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇以及聚四氢呋喃二醇中的至少一种。
2.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述多元醇A与所述多元醇B质量比为1:(1.5～4)。
3.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述二氧化碳共聚物多元醇的数均分子量为2000g/mol～4000g/mol，所述二氧化碳共聚物多元醇的羟基官能度为2～6。
4.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、氢化亚甲基二苯基二异氰酸酯以及六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述催化剂为有机铋；和/或，
所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸以及乙二氨基磺酸钠中的至少一种；和/或，
所述封端剂为三羟甲基丙烷、季戊四醇以及葡萄糖中的至少一种；和/或，
所述中和剂为三乙胺、一乙醇胺、二乙醇胺以及三乙醇胺中的至少一种。
6.一种水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将多元醇、异氰酸酯以及催化剂混合后，于70℃～95℃的温度下搅拌均匀；
调节温度至60℃～70℃，加入亲水扩链剂，于60℃～75℃的温度下搅拌均匀；
加入封端剂，并在60℃～75℃的温度下搅拌均匀之后加入中和剂；
调节温度至40℃～60℃，加入质量份为95份～105份的溶剂，搅拌均匀，得到预聚体；
将所述预聚体在8℃～12℃的水中进行分散处理，得到水性聚氨酯乳液预成品；
除去所述水性聚氨酯乳液预成品中的所述溶剂。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮和丁酮中的至少一种。
8.如权利要求1～5任一项所述的水性聚氨酯乳液在制备涂料中的应用。
9.一种涂料，其特征在于：主要由以下质量份的组分制备而成：如权利要求1～5任一项所述的水性聚氨酯乳液95份～105份、氨基树脂10份～50份、以及助剂0.5份～1.6份。
10.一种如权利要求9所述的涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
采用权利要求6～7任一项所述的制备方法制备所述水性聚氨酯乳液；
将所述水性聚氨酯乳液与所述助剂混合，并加入所述氨基树脂。
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