CN112708097B - 高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂及其制备方法与应用 - Google Patents

高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂及其制备方法与应用，其制备方法为：将小分子多元醇、酸酐、催化剂一和有机溶剂混合在115～125℃保温反应2‑3小时，加入环氧化合物和催化剂二在105～115℃保温5～7小时，降温90℃以下，减压蒸馏，得到星形支化结构的羟基多元醇；向反应釜中加入第一步生成的星形支化结构的羟基多元醇、小分子多元醇、聚醚多元醇、多异氰酸酯及有机溶剂，在75～85℃保温4～5h；得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。本发明所制备的羟基聚氨酯树脂固含可达90％以上，粘度在2000mPa.s以下，反应温度低，副反应少，不需高温酯化反应，无小分子多元醇损失，树脂结构和性能易控可调等。

Description

高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于双组份聚氨酯木器漆技术领域，涉及一种羟基聚氨酯树脂，具体涉及的是一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂制备方法与应用。
背景技术
双组份聚氨酯木器漆具有优异的物理和化学性能，广泛用于木器家具和木质地板中。根据含羟基组分的不同可分为丙烯酸聚氨酯、醇酸聚氨酯、聚酸聚氨酯、聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种。
随着人们生活水平的提高，双组份聚氨酯木器漆中挥发性有机化合物(VOC)排放的限制性法规越来越严格，人们对家具和地板使用时所排放的气味大小及其成分也提出了更高的要求；由于传统的木器漆成膜过程中溶剂释放的速度慢，释放的周期长，在施工后较长的一段时间后仍会有一定的气味残留，给人们的身体健康带来了极大的潜在危害。因此，现有的双组份聚氨酯木器漆的漆膜长期存在气味不能满足市场以及消费者的需求。
现有的技术中也有相关的针对聚氨酯木器漆气味大的改进，例如中国发明专利申请CN102634274A公开了一种木器漆及其制备方法，包括主剂和固化剂，1)醇酸树脂55-75份、2)消光粉1.5-9.5份、3)聚丙烯酸甲酯3-12份、4)蓖麻油树脂3-18份、5)醋酸丁酯和醋酸乙酯5-15份、6)助剂、0.3-1.5份；固化剂：1)醋酸丁酯10-25份、2)醋酸乙酯15-25份、3)异氰酸酯三聚体固化剂10-20份、4)异氰酸酯加成物固化剂20-40份，主剂与固化剂的质量比为：1∶0.3-0.8。但是该技术木器醇酸树脂与固化剂的交联密度较小，导致表干时间超过40分钟，漆涂膜以及挥发气体所用的时间较长，漆膜致密性较差，且在较长时间内依旧含有残留的气味，此外其生产的成本较高。
中国发明专利CN102286246A公开了一种短油度醇酸树脂以及包括所述醇酸树脂的低气味聚氨酯漆，在树脂设计中加入己二酸长链结构，并且搭配三官能团醇、四官能团醇两种不同结构的醇使树脂分子链的立体结构增强，提升产品成膜过程中的释放性，大大的降低了家具产品的气味，在正常待干的24小时内将气味释放完，但由于所选短油度醇酸树脂自身具有较大的气味且极性较强，与固化剂交联固化成膜的过程中，由于醇酸树脂的极性较强，与木器基材紧紧的吸附在一起，使气味在短时间内不易挥发，使得该技术并未达到产品真正的净味。
中国发明专利CN105399934A公开了一种两步法合成低气味醇酸树脂的工艺，加入大豆油酸、季戊四醇、助剂、溶剂混合，通入氮气将内部空气置换，升温至205-215℃，保温1小时，降温至120℃，加入乙二醇，新戊二醇，领苯二甲酸酐，顺丁烯二酸酐、溶剂，升温至160-170℃，保温1小时，再升温至180-190℃，保温一小时，再升温至205-215℃保温酯化至粘度、酸值合格后降温，加溶剂兑稀过滤出料，制备所得树脂用于木器漆和面漆时，成膜净味效果好，溶剂挥发性能好，光泽稳定性好，抗刮性优良，能满足套房及酒店家具制造行业的要求，但是其合成工艺温度较高，最高温度达到215℃，成本较高，反应伴随着大量的副产物。
综上，现有技术彻底解决家具涂装油漆干燥后残留气味问题仍然存在较大难题，涂膜的综合性能有待提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种油漆干燥后残留气味小，反应温度低于130℃，固体含量为90％以上，粘度为2000mPa.s以下，VOC含量低于40g/L的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂及其制备方法。
本发明的另一目的在于提供高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂在双组份木器漆涂料中的应用，漆膜在48h后残留VOC低于4g/L，硬度高达2H以上，附着力达到0级，表干时间少于15min，实干时间小于1.5h，具备优异的耐化学品性和热稳定性。
本发明针对以上净味聚氨酯木器漆的缺陷和不足，提出了一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法。本发明采用以小分子多元醇为核，通过其与酸酐反应，形成支化结构的多元酸，使其与环氧化合物进行开环反应，除掉体系多余水分，合成了星型支化结构的羟基多元醇，再与多异氰酸酯反应合成了具有立体结构的羟基聚氨酯树脂，采用小分子多元醇和聚醚多元醇进一步调整聚氨酯多元醇的羟基官能度。合成的羟基聚氨酯树脂一方面由于其高度支化结构，反应过程中几乎不需要加入有机溶剂，使得其固含量高达90％以上，大大的减少了羟基聚氨酯VOC含量的残留，使得生成的羟基聚氨酯树脂VOC含量低于40g/L，另一方面，由于其高度支化结构，在相同的分子量的情况下，羟基聚氨酯分子链间的缠绕大大减小，使得生成的羟基聚氨酯树脂粘度小于2000mPa·s，由于其具有较大的空间立体结构，有利于溶剂的释放，减少了漆膜固化后漆膜内部溶剂的残留；此外羟基均匀的分布在空间结构的外表面，使得羟基具有较强的活性，有助于其与固化剂的NCO基团快速反应形成氨基甲酸酯键，加快其表干时间和实干时间，使其具有较好的热力学性能，与固化剂配漆后的漆膜硬度可达2H以上，附着力0级，漆膜干燥48h后残留VOC低于4g/L，具备优异的耐化学品性，合成的羟基聚氨酯结构可以调控。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，包括如下步骤：
1)星型支化结构的羟基多元醇的制备：将小分子多元醇、酸酐、催化剂一和有机溶剂混合在115～125℃保温反应2-3小时，测定树脂的酸值在155mgKOH/g以下时，加入环氧化合物和催化剂二在105～115℃保温5～7小时，测定树脂的酸值在12.0mgKOH/g以下，降温90℃以下，减压蒸馏，得到星形支化结构的羟基多元醇；所述的环氧化合物为苄基缩水甘油醚、叔丁基缩水甘油醚、环氧氯丙烷和叔碳酸缩水甘油醚(E10P)的一种；所述的催化剂一为对甲苯磺酸和一水对甲苯磺酸中的一种；所述的催化剂二为乙四乙基溴化铵、四丁基溴化铵和三苯基膦中的一种；
2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备：向反应釜中加入第一步生成的星形支化结构的羟基多元醇、小分子多元醇、聚醚多元醇、多异氰酸酯及有机溶剂，在75～85℃保温4～5h；测定体系NCO含量低于0.5％时停止反应，得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。
为进一步实现本发明目的，优选地，以质量份计，步骤1)中，原料用量为：小分子多元醇3.5～6.7份，酸酐15.6～19.5份、份催化剂一0.02～0.03份、环氧化合物12.2～18.0份和催化剂二0.02～0.03份；
以质量份计，步骤2)中，原料用量为：小分子多元醇5.5～8份、聚醚多元醇23.4～27.3份、多异氰酸酯13～23份。
优选地，所述的聚醚多元醇为N210(分子量为1000的聚醚二元醇)、N220(分子量为2000的聚醚二元醇)和N303(分子量为375的聚醚三元醇)中的一种或多种；步骤1)和步骤2)中，所述的小分子多元醇为三羟甲基丙烷、季戊四醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、二甘醇、2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇中的一种。
优选地，所述的多异氰酸酯为二异氰酸酯或者是所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯与三羟甲基丙烷的加成物。
优选地，所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯何二苯甲烷二异氰酸酯的一种；所述的甲苯二异氰酸酯与三羟甲基丙烷的加成物为甲苯二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体和六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲中的一种；
所述的酸酐为邻苯二甲酸酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、马来酸酐和丁二酸酐中的一种或多种。
优选地，步骤1)和步骤2)中，所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、甲基异戊基酮、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的一种或多种；以质量份计，步骤1)中有机溶剂用量为1～2份，步骤2)中有机溶剂用量为4～4.5份。
优选地，步骤1)中所述的减压蒸馏是在真空度0.06-0.08MPa下减压蒸馏1-3h。
一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂，由上述的制备方法制得，所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的VOC含量低于40g/L，固体含量为90％以上，粘度为2000mPa.s以下，羟基含量为2.5％～6.0％。
所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂在双组份木器漆涂料中的应用：所述的双组份木器漆涂料由A组分与固化剂B组分，在助剂的作用配漆；以质量份数计，A组分高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂38～42份、固化剂B组分40～43份；所述的助剂包括哑粉、消泡剂和润湿剂。
优选地，以质量份数计，所述的哑粉用量为3.6～4.5份，消泡剂用量为0.2～0.3份、润湿剂用量为0.2～0.3份；
所述的固化剂为嘉宝莉化工集团股份有限公司生产的固化剂F900，固化剂G21，固化剂G18中的一种；
所述的哑粉为美国格雷斯C803，美国格雷斯ED30，凯茵化工KY30中的一种，所述消泡剂为毕克BYKA530，BYK-028中的一种；
润湿剂为毕克BYK349，BYK333中的一种；
本发明的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂在木器漆涂料中的应用，作为双组份木器漆涂料的A组分，与固化剂B组分，在助剂的作用配漆，漆膜的表干时间15min以内，实干时间少于1.5h，活化期大于4h，能满足实际施工要求，漆膜在48h后残留VOC低于4g/L，硬度高达2H以上，附着力0级，具有较好的耐化学品性及热稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明通过合成星型羟基多元醇，由于其具有高度支化结构，较大的空间立体结构，能够加快漆膜中残留溶剂的挥发，从而使得固化后的漆膜达到净味的效果。
(2)本发明合成的羟基聚氨酯树脂固含量高达90％以上，粘度低于2000mPa·s，大大的减少了有机溶剂的使用，使得合成的羟基聚氨酯树脂达到净味的效果。
(3)本发明的合成工艺相比现存的工艺而言能耗较低，最高温度不超过120度，反应过程平稳，不需高温酯化反应，无小分子多元醇损失等；
(4)本发明的树脂结构易于调控，可以根据市场需求调控其分子结构中软段和硬段的含量，羟基的官能度等，从而调控漆膜的硬度和柔韧度。
附图说明
图1是实施例1所得高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂产品外观图。
图2-1是三羟甲基丙烷的分子结构式；
图2-2是季戊四醇分子结构式。
图3是实施例1所得高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的红外谱图。
图4是实施例1高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂所制备的双组份聚氨酯木器漆涂料漆膜的热重图及微商热重图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。应当理解的是，实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例中对比的嘉宝莉H198树脂是由嘉宝莉化工集团股份有限公司生产，作为聚氨酯木器漆的A组分，与固化剂B组分配漆形成双组份聚氨酯木器漆涂料，主要用于木器家具，木地板等领域，具备优异的力学性能，低黄变，低VOC挥发。
下面实施例中，除非特别说明，百分比(％)均是质量百分数。
高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂和聚氨酯木器漆涂料的性能采用以下方法检测：
根据ASTMD2196-1986使用Brookfied RVF型旋转粘度计测定树脂的粘度；
根据GB1725-79测定树脂的固含量；根据GB/6379-2006测试涂膜硬度；
根据ISO2409-2007中文版测定涂膜附着力；
根据GB/T 9754-2007测定涂膜光泽度；
根据GB/T 23999-2009测定涂膜吸水率；
根据GB/1731-93测定涂膜柔韧性；
根据GB/T 23986-2009测定树脂及涂膜的VOC的含量；
将固化后的漆膜放入玻璃罐中，48h后揭盖闻罐子的气味，对气味进行评级测定。
实施例1：
(1)一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备
以质量份计，原料组分及用量如下表1
表1
Figure BDA0002856462610000061
制备工艺包括如下步骤：
(1)星型支化结构的羟基多元醇的制备：将三羟甲基丙烷，邻苯二甲酸酐和对甲苯磺酸(催化剂一)和少量的乙酸乙酯加入到反应釜中，加热升温到120℃，开搅拌，在120℃保温反应2小时，测定树脂的酸值在155mgKOH/g以下；向上述体系中加入环氧氯丙烷和四丁基溴化铵(催化剂二)，在110℃保温5小时，测定树脂的酸值在12.0mgKOH/g以下；降温90℃以下，在真空度0.06-0.08MPa下减压蒸馏1-3h，除掉多余水分溶剂，得到星型支化结构的羟基多元醇。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备：向反应釜中加入第一步生成的羟基多元醇，聚醚三元醇N303，聚醚二元醇N210，新戊二醇，甲苯二异氰酸酯，TDI/TMP加成物(G21)，及少量丙酮和乙酸丁酯作为反应溶剂，在85℃保温4h；测定体系NCO含量趋近于0.5％时停止反应，得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的性能如表2所示。
表2
Figure BDA0002856462610000062
Figure BDA0002856462610000071
(3)双组份聚氨酯木器漆涂料的制备及其性能
以质量份计，双组份聚氨酯木器漆涂料的配置及组成如表3
表3
Figure BDA0002856462610000072
将上述高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂，哑粉，消泡剂，润湿剂加入容器中，在600r/min的转速下低速分散5min，向容器中加入F900固化剂，稀释剂，在1000r/min的转速下分散10min，经300目滤布过滤得到双组份聚氨酯木器漆涂料，将该涂料分别在木板，马口铁和玻璃板上进行涂膜。
(4)测定漆膜性能与嘉宝莉H198性能进行比较，如下表4所示：
表4
Figure BDA0002856462610000073
Figure BDA0002856462610000081
气味：将固化后的漆膜放入密封的玻璃罐中，48h后揭盖闻其气味，评价值为0～5级，级别越低气味越小。
图1是高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的外观，为无色透明液体，可将其称为“水晶树脂”。
图2-1是三羟甲基丙烷的结构式，是实施例1星型支化结构羟基多元醇的内核。
图2-2中季戊四醇的结构式是实施例2星型支化结构羟基多元醇的结构。
图3是实施例1高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的红外谱图。如图3所示，谱图中3531cm-1处归属于N-H的伸缩振动及弯曲振动吸收峰，1070cm-1归属于C-N的伸缩振动吸收峰，在1734cm-1出现较强的氨基甲酸酯键中的C＝O的伸缩振动吸收峰，说明水分散体形成了氨基甲酸酯基团；在2923cm-1处有甲基的伸缩振动吸收峰；2852cm-1处亚甲基伸缩振动吸收峰；1461cm-1、1382cm-1处有甲基和亚甲基变形振动峰；在741cm-1处有C-Cl键的特征吸收峰，说明羟基多元醇参与了反应，红外光谱分析说明已经合成了高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。
图4是高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂所制备的UV固化木器漆涂料漆膜的热重图及微商热重图。漆膜在210℃下时质量损失不到1％，几乎无质量损失，损失可能主要由于涂膜残留溶剂的挥发；质量损失5％时温度高于265℃，质量损失50％时温度高于350℃，以上表明漆膜具备较好的耐热稳定性。
由表4可得出，相较于对比例，实施例1的气味具有较小的气味，涂膜VOC含量更低，这是由于合成的羟基聚氨酯具有较大的空间立体结构，加快了树脂中残留溶剂VOC的挥发，相较于中国发明专利申请CN102634274A所述的木器漆干膜以及挥发气体所用的时间较长，且依旧含有残留的气味，此外生产的成本较高；相较于对比例，实施例1具有更快的表干时间和实干时间，使得漆膜具备优异的力学性能，这是由于合成的羟基聚氨酯羟基均匀的分布在空间立体结构的外部，提高了其羟基的活性，增加了其与固化剂B组分的交联密度，加快了其固化成膜的速度，漆膜残留VOC低于2g/L，从而达到了净味的效果，相较于中国发明专利CN102286246A公开了一种短油度醇酸树脂及低气味聚氨酯漆，通过改善醇酸树脂分子链的立体结构，从而提升了产品成膜过程中的释放性能，但并未达到产品真正的净味；相较于对比例，实施例具有较好的热力学性能，漆膜硬度达到2H，合成的羟基聚氨酯结构可以调控，通过改变小分子多元醇的结构，可以调节羟基聚氨酯的官能度，改变其交联密度，通过调整树脂体系的硬段组分和软段组分的比例，可以调节羟基聚氨酯固化成膜的漆膜硬度和柔韧度。具备优异的耐化学品性，合成的羟基聚氨酯结构可以调控，通过改变小分子多元醇的结构，可以调节羟基聚氨酯的官能度，改变其交联密度，通过调整树脂体系的硬段组分和软段组分的比例，可以调节羟基聚氨酯固化成膜的漆膜硬度和柔韧度。相较于中国发明专利CN105399934A公开的一种两步法合成低气味醇酸树脂的工艺，所制备的醇酸树脂用于聚氨酯木器漆基本上可以达到净味的要求，但是其合成工艺温度较高，最高温度达到215℃，成本较高，反应伴随着大量的副产物。此工艺不需要高温反应，成本较低，无小分子多元醇的损失，副反应少，相较于醇酸树脂，含有很少量的酯键，提高其耐化学品性。
本实施例中高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂主要应用于双组份木器漆涂料的制备。目前市场上存在的木器漆涂料羟基树脂大部分是醇酸树脂，具有较多的酯键，耐化学品性较差，漆膜硬度H以下，树脂残留气味来源于未反应的油酸，此外树脂粘度大，与固化剂B组分配漆时需要加入较多的稀释剂，使得固含后漆膜中残留较多的有机溶剂，导致涂膜硬度低，漆膜残留VOC含量过大，在家具厂涂装完，包装完送到客户手中后，客户拆开包装仍然具有较大的不愉快气味。本发明可以完美的解决上述问题，合成的羟基聚氨酯树脂一方面由于其高度支化结构，反应过程中几乎不需要加入有机溶剂，使得其固含量高达90％以上，大大的减少了羟基聚氨酯VOC含量的残留，使得生成的羟基聚氨酯树脂VOC含量低于40g/L，另一方面，由于其高度支化结构，在相同的分子量的情况下，羟基聚氨酯分子链间的缠绕大大减小，使得生成的羟基聚氨酯树脂粘度小于2000mPa·s，由于其具有较大的空间立体结构，有利于溶剂的释放，减少了漆膜固化后漆膜内部溶剂的残留，此外羟基均匀的分布在空间结构的外表面，使得羟基具有较强的活性，有助于其与固化剂的NCO基团快速反应形成氨基甲酸酯键，加快其表干时间和实干时间，使其具有较好的热力学性能，与固化剂配漆后的漆膜硬度可达2H以上，附着力0级，漆膜残留VOC低于4g/L，具备优异的耐化学品性，合成的羟基聚氨酯结构可以调控，通过改变小分子多元醇的结构，可以调节羟基聚氨酯的官能度，改变其交联密度，通过调整树脂体系的硬段组分和软段组分的比例，可以调节羟基聚氨酯固化成膜的漆膜硬度和柔韧度。
实施例2：
(1)一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备
以质量份计，原料组分及用量如下表5
表5
Figure BDA0002856462610000101
制备工艺包括如下步骤：
(1)星型支化结构的羟基多元醇的制备：将季戊四醇，马来酸酐，六氢苯酐和一水对甲苯磺酸(催化剂一)和少量的乙酸乙酯加入到反应釜中，加热升温到115℃，开搅拌，在115℃保温反应2小时，测定树脂的酸值在150mgKOH/g以下；向上述体系中加入苄基缩水甘油醚和四乙基溴化铵(催化剂二)，在110℃保温7小时，测定树脂的酸值在12.0mgKOH/g以下；降温90℃以下，在真空度0.06-0.08MPa下减压蒸馏1-3h，除掉多余水分溶剂，得到星形支化结构的羟基多元醇。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备：向反应釜中加入第一步生成的羟基多元醇，聚醚三元醇N303，聚醚二元醇N210，2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇，二甘醇，异佛尔酮二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯三聚体，及少量丁酮和乙酸丁酯作为反应溶剂，在75℃保温5h，测定体系NCO含量趋近于0时停止反应得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的性能如表6所示。
表6
Figure BDA0002856462610000111
(3)双组份聚氨酯木器漆涂料的制备及其性能
以质量份计，双组份聚氨酯木器漆涂料的配置及组成如表7
表7
Figure BDA0002856462610000112
将上述高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂，哑粉，消泡剂，润湿剂加入容器中，在600r/min的转速下低速分散5min，向容器中加入F900固化剂，稀释剂，在1000r/min的转速下分散10min，经300目滤布过滤得到双组份聚氨酯木器漆涂料，将该涂料分别在木板，马口铁和玻璃板上进行涂膜。
(4)测定漆膜性能与嘉宝莉H198性能进行比较，如下表8所示：
表8
Figure BDA0002856462610000113
Figure BDA0002856462610000121
气味：将固化后的漆膜放入密封的玻璃罐中，48h后揭盖闻其气味，评价值为0～5级，级别越低气味越小。
实施例3：
(1)一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备
以质量份计，原料组分及用量如下表9
表9
Figure BDA0002856462610000122
Figure BDA0002856462610000131
制备工艺包括如下步骤：
(1)星型支化结构的羟基多元醇的制备：将季戊四醇，丁二酸酐，甲基六氢苯酐和对甲苯磺酸(催化剂一)和少量的乙酸乙酯加入到反应釜中，加热升温到120℃，开搅拌，在125℃保温反应3小时，测定树脂的酸值在150mgKOH/g以下；向上述体系中加入叔丁基缩水甘油醚和三苯基膦(催化剂二)，在105℃保温6小时，测定树脂的酸值在12.0mgKOH/g以下；降温90℃以下，在真空度0.06-0.08MPa下减压蒸馏1-3h，除掉多余水分溶剂，得到星形支化结构的羟基多元醇。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备：向反应釜中加入第一步生成的羟基多元醇，聚醚三元醇N303，聚醚二元醇N220，2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇，1.3-丁二醇，甲苯二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯三聚体，及少量甲基异戊基酮和乙酸丁酯作为反应溶剂，在85℃保温4.5h，测定体系NCO含量低于0.5％时停止反应得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的性能如表10所示。
表10
Figure BDA0002856462610000132
(3)双组份聚氨酯木器漆涂料的制备及其性能
以质量份计，双组份聚氨酯木器漆涂料的配置及组成如表11
表11
Figure BDA0002856462610000133
Figure BDA0002856462610000141
将上述高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂，哑粉，消泡剂，润湿剂加入容器中，在600r/min的转速下低速分散5min，向容器中加入F900固化剂，稀释剂，在1000r/min的转速下分散10min，经300目滤布过滤得到双组份聚氨酯木器漆涂料，将该涂料分别在木板，马口铁和玻璃板上进行涂膜。
(4)测定漆膜性能与嘉宝莉H198性能进行比较，如下表12所示：
表12
Figure BDA0002856462610000142
气味：将固化后的漆膜放入密封的玻璃罐中，48h后揭盖闻其气味，评价值为0～5级，级别越低气味越小。
实施例4：
(1)一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备
以质量份计，原料组分及用量如下表13
表13
Figure BDA0002856462610000151
制备工艺包括如下步骤：
(1)星型支化结构的羟基多元醇的制备：将三羟甲基丙烷，甲基六氢苯酐，邻苯二甲酸酐和对甲苯磺酸(催化剂一)和少量的乙酸乙酯加入到反应釜中，加热升温到120℃，开搅拌，在120℃保温反应3小时，测定树脂的酸值在150mgKOH/g以下；向上述体系中加入叔碳酸缩水甘油醚(E10P)和三苯基膦(催化剂二)，在105℃保温5小时，测定树脂的酸值在12.0mgKOH/g以下；降温90℃以下，在真空度0.06-0.08MPa下减压蒸馏1-3h，除掉多余水分溶剂，得到星形支化结构的羟基多元醇。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备：向反应釜中加入第一步生成的羟基多元醇，聚醚三元醇N303，聚醚二元醇N210，2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇，1.4-丁二醇，甲苯二异氰酸酯，二苯甲烷二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲，及少量丙酮和乙酸丁酯作为反应溶剂，在80℃保温4h，测定体系NCO含量低于0.5％时停止反应，得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂。
(2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的性能如表14所示。
表14
Figure BDA0002856462610000161
(3)双组份聚氨酯木器漆涂料的制备及其性能
以质量份计，双组份聚氨酯木器漆涂料的配置及组成如表15
表15
Figure BDA0002856462610000162
将上述高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂，哑粉，消泡剂，润湿剂加入容器中，在600r/min的转速下低速分散5min，向容器中加入F900固化剂，稀释剂，在1000r/min的转速下分散10min，经300目滤布过滤得到双组份聚氨酯木器漆涂料，将该涂料分别在木板，马口铁和玻璃板上进行涂膜。
(4)测定漆膜性能与嘉宝莉H198性能进行比较，如下表16所示：
表16
Figure BDA0002856462610000163
Figure BDA0002856462610000171
气味：将固化后的漆膜放入密封的玻璃罐中，48h后揭盖闻其气味，评价值为0～5级，级别越低气味越小。
本发明制备的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂具有低VOC排放、粘度低、固含量高的特点，所制备涂膜具有光泽度高、耐化学性好、硬度高，残留漆膜VOC含量低等优点。
需要说明的是，本发明保护范围不受上述实施例约束，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的替代方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)星型支化结构的羟基多元醇的制备：将小分子多元醇、酸酐、催化剂一和有机溶剂混合在115～125℃保温反应2-3小时，测定树脂的酸值在155mgKOH/g以下时，加入环氧化合物和催化剂二在105～115℃保温5～7小时，测定树脂的酸值在12.0mgKOH/g以下，降温90℃以下，减压蒸馏，得到星形支化结构的羟基多元醇；所述的环氧化合物为苄基缩水甘油醚、叔丁基缩水甘油醚、环氧氯丙烷和叔碳酸缩水甘油醚的一种；所述的催化剂一为对甲苯磺酸和一水对甲苯磺酸中的一种；所述的催化剂二为四乙基溴化铵、四丁基溴化铵和三苯基膦中的一种；
2)高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备：向反应釜中加入第一步生成的星形支化结构的羟基多元醇、小分子多元醇、聚醚多元醇、多异氰酸酯及有机溶剂，在75～85℃保温4～5h；测定体系NCO含量低于0.5％时停止反应，得到高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂；
步骤1)和步骤2)中，所述的小分子多元醇为三羟甲基丙烷、季戊四醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、二甘醇和2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇中的一种。
2.根据权利要求1所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：以质量份计，步骤1)中，原料用量为：小分子多元醇3.5～6.7份，酸酐15.6～19.5份、催化剂一0.02～0.03份、环氧化合物12.2～18.0份和催化剂二0.02～0.03份；
以质量份计，步骤2)中，原料用量为：小分子多元醇5.5～8份、聚醚多元醇23.4～27.3份、多异氰酸酯13～23份。
3.根据权利要求1所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的聚醚多元醇为N210、N220和N303中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的多异氰酸酯为二异氰酸酯或者是所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯与三羟甲基丙烷的加成物。
5.根据权利要求4所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二苯甲烷二异氰酸酯的一种；
所述的酸酐为邻苯二甲酸酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、马来酸酐和丁二酸酐中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：步骤1)和步骤2)中，所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、甲基异戊基酮、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的一种或多种；以质量份计，步骤1)中有机溶剂用量为1～2份，步骤2)中有机溶剂用量为4～4.5份。
7.根据权利要求1所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的减压蒸馏是在真空度0.06-0.08MPa下减压蒸馏1-3h。
8.一种高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂，其特征在于：其由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得，所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂的VOC含量低于40g/L，固体含量为90％以上，粘度为2000mPa.s以下，羟基含量为2.5％～6.0％。
9.权利要求8所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂在双组份木器漆涂料中的应用，其特征在于，所述的双组份木器漆涂料由A组分与固化剂B组分，在助剂的作用配漆；以质量份数计，A组分高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂38～42份、固化剂B组分40～43份；所述的助剂包括哑粉、消泡剂和润湿剂。
10.权利要求9所述的高固含低粘度净味羟基聚氨酯树脂在双组份木器漆涂料中的应用，其特征在于，以质量份数计，所述的哑粉用量为3.6～4.5份，消泡剂用量为0.2～0.3份、润湿剂用量为0.2～0.3份；
所述的固化剂为固化剂F900、固化剂G21和固化剂G18中的一种；
所述的哑粉为C803、ED30和KY30中的一种；
所述消泡剂为BYKA530和BYK-028中的一种；
润湿剂为BYK349和BYK333中的一种；
所得漆膜的表干时间15min以内，实干时间少于1.5h，活化期大于4h，漆膜在48h后残留VOC低于4g/L，硬度高达2H以上，附着力0级，具有较好的耐化学品性及热稳定性。
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