●十种常用水性聚氨酯涂料配方大揭密

水性聚氨酯涂料是目前市场需求量较大的产品之一, 它适用于热敏温度低于(60 — 80) ℃常温交联固化的高、中档木器(家具等), 高档建筑装饰、高级汽车、飞机及航天器材等的中涂和表面涂装。

产品配方：

１、改性三聚体交联剂产品可由TDI 、IPDI 、MD I 和XDI 等异氰酸酯制造。其芳香族NCO 反应温度在(120—150) ℃ ，脂肪族NCO 反应温度在(150—200) ℃。它的最大优点是无黄变, 水白透明, 较适用于羧酸型等水性聚氨酯的常温交联剂。为增强综合性能, 需采用两个NCO 基团活性不同的二异氰酸酯,并要将反应中产生的端NCO 用多元醇- 羧酸反应掉, 以利于胺中和及产物的水溶性。由于其熔点高,反应需分阶段在有机溶剂中进行, 有机膦催化剂及120 ℃ 以上温度, 异氰酸酯可发生自缩聚反应,生成三聚体化合物。其催化剂中戊杂环膦化氢是最有效的, 反应温度低, 收率可达90 % , 再用三聚催化法促进反应完全, 并对残基进行封闭。

产品配方：NCO ：多元醇羧酸( 物质的量比) 为6：1：1.43。

工艺步骤: 多元醇- 羧酸溶液制备, 按配方将新戊二醇、苯偏三甲酸酐、DMPA 、二甲苯、甲苯加入反应釜搅拌,升温至80 ℃ , 完成溶解后, 升温至148 ℃ 回流脱水至透明后, 过滤出料备用。亚胺预聚体的制备: 按配方将二甲苯、甲苯加入反应釜, 升温至148 ℃ 回流脱水后, 加入10 % 磷酸( 甲苯) 液降温至120 ℃ , 通入氮气, 将TD I 、IPDI 加入单体滴加釜, 在2 . 5h 内完成滴加后, 升温至130 ℃ 反应1h , 将10 % 戊杂环膦化氢液加入滴加釜, 开始缓慢滴加, 不断观察物料反应情况, 防止爆聚, 滴完在130℃ 反应2h 、140 ℃ 1h 、145 ℃ 30min , 降温至70 ℃ , 将多元醇- 羧酸液加入滴加釜开始滴加,滴完在70 ℃ 反应(2—3) h , 检测NCO 转化率达96 % , 加入10 % 醋酸锂液, 此时有两种工艺: 一是降温至25 ℃ , 静置7d ; 二是升温至(80—90) ℃ 反应(2—3) h , 测游离TD I 在0.3% 以下, 加入10 % 对甲苯磺酸甲酯液、10 % 二甲基吡唑液升温至85 ℃ 反应20min , 抽真空脱出2/3量的有机溶剂, 再加入亲水溶剂调节固含量为50 % , 降温至50 ℃ 加入50 % 三乙胺水溶液、N-甲苯二乙醇胺调节p H 值至8.5 , 升温到60 ℃ 反应至透明, 降温到40 ℃ 出料.

２、改性HDI 缩二脲交联剂

产品配方：  NCO：H2O = 3：1.1， NCO：OH =6：1, 理论NCO 含量= 15.9 % , 采用分阶段聚合反应、中和法。

工艺步骤: 多元醇- 羧酸溶液的制备, 按配方将新戊二醇、偏苯三甲酸酐、DMPA 、二甲苯、甲苯加入反应釜, 升温至80℃ 溶解均匀, 再升温至148 ℃ 回流脱水至透明无水后, 降温至40 ℃ 出料备用。HDI 预聚体制备: 按配方将己二异氰酸酯、二甲苯加入反应釜, 通入氮气, 升温至65 ℃ , 加入10 % 磷酸(甲苯) 液搅匀, 将去离子水加入滴加釜开始滴加, 反应自放热, 控制自升温在80 ℃ 以下, 完成滴加后, 升温至90 ℃反应1h 、120 ℃ 2h 、130 ℃ 1h , 降温至70 ℃ , 再将多元醇- 羧酸液进入滴加釜开始滴加,滴完后在70 ℃ 反应(2 —3) h 、80 ℃ 1h , 测游离HDI＜0.2 % , 抽真空脱出有机溶剂,加入亲水溶剂, 调节固含量50 % , 降温至50 ℃ 加入50 % 三乙胺水溶液, 调p H 值8.4 , 升温到60℃反应至透明, 降温到40 ℃ 过滤出料。

３、 改性TD I 三聚体交联剂

产品配方: NCO：OH ( 物质的量比) 为6：1, 采用三聚催化反应、终止反应、残基封闭法及分阶段反应。

工艺步骤: 多元醇- 羧酸液的制备, 按配方将三羟甲基丙烷、新戊二醇、偏苯三甲酸酐、DM - PA、醋酸丁酯、二甲苯加入反应釜搅拌, 升温至80 ℃ 溶解均匀, 再将其升温至148 ℃ 回流脱水至透明, 降温到40 ℃过滤出料备用。

三聚体制备: 按配方将二甲苯、甲苯加入反应釜搅拌、升温至148 ℃ 回流脱完水后, 降温至120 ℃，加入10 %磷酸锂液搅匀, 通氮气, 将TDI 加入单体滴加釜开始滴加, 3h 滴加完后, 保温120 ℃ 反应2h 、130 ℃ 1h, 降温至65 ℃ , 将多元醇- 羧酸液进入滴加釜开始滴加, 反应自放热, 控温在75 ℃ 以下, 滴完, 80 ℃保温2h , 取样测游离TDI＜0.9 % , 加入10 % 磷酸甲苯液升温至85 ℃ 反应2h ( 或降至25℃ 静置7d) , 检测游离TDI＜0.2 % , 加入10 % 硫酸二甲酯液、10 % 二甲基吡唑液升温至90℃反应15min , 抽真空脱出有机溶剂, 加入亲水溶剂调节固含量至50 % , 降温至50 ℃ 加入50 %三乙胺水溶液、N - 甲苯二乙醇胺调节p H 值为8 . 4 , 升温到60 ℃ 反应至透明, 降温至40 ℃ 出料。

４、TD I/ TMP 加成、改性物交联剂

产品配方: NCO：OH ( 物质的量比) 为3：1 , 采用三聚催化反应、终止反应、残基封闭法。

工艺步骤: 多元醇- 羧酸溶液的制备, 按配方将TMP 、新戊二醇、苯偏三甲酸酐、DMPA、醋酸丁酯加入反应釜搅拌升温至80 ℃ 溶解均匀, 升温到140 ℃ 回流脱水至透明, 降温至40 ℃ , 过滤出料备用。

加成物制备: 按配方将醋酸丁酯、甲苯进入反应釜搅拌升温至140 ℃ 回流脱水后, 降温到60 ℃ 加入TDI ,通入氮气, 将多元醇- 羧酸溶液加入滴加釜开始滴加, 反应自放热, 滴加要缓慢, 控温在70 ℃ 以下滴完, 加入10%磷酸甲苯液, 70 ℃ 反应(4—5) h 。检测NCO 含量达13.1 % , 游离TDI在12.5 % ,加入10 % 三正丁基膦液搅匀, 升温至85 ℃ 反应(2—3) h( 或降温至25 ℃ , 静置7d),取样检测游离TDI＜0.2 % , 加入10 % 苯甲酰氯液、10% 二甲基吡唑液升温至90 ℃ ,反应15min , 抽真空减压, 脱出有机溶剂, 加入亲水溶剂, 调节固含量50% , 降温至50 ℃ 加入50% 三乙胺水溶液、N-甲苯二乙醇胺调节p H 值为8.5 , 升温到60℃ 反应至透明, 降温至40℃ 过滤出料。

５、ＸＤＩ／TMP 加成改性物, NCO 交联剂

产品配方:NCO:OH ( 物质的量比) = 9:1 , 采用三聚催化、终止、残基封闭法。

工艺步骤: 参照第四的工艺步骤进行。

6、改性TD I 醇解油, NCO 交联剂

产品配方:油度86.4 % , K 值= 0.93 , 醇超量R = 1.17 , NCO:1OH ( 物质的量比) = 3 含蓖麻油中羟基), 采用三聚催化、终止、残基封闭法。

工艺步骤: 按配方将TD I 、蓖麻油、新戊二醇加入反应釜, 升温至120℃ 加入环烷酸钙, 搅拌、升温至240℃ ,醇解反应(2—3) h , 取样测试其透明度, 合格后降温至180℃ , 加入苯偏三甲酸酐、DMPA 反应40min ,降温至120℃ 加入甲苯稀释, 升温到134℃ 回流脱水, 水脱尽后, 降温至60℃ , 开始滴加TDI , 2h滴完, 加入10% 磷酸甲苯液搅匀, 升温至70℃ 反应(3—4)h , 测试NCO 含量在12% 、游离TDI 在9.5 % , 加入10% 烷基膦液搅匀, 升温至80℃ 反应(2—3)h( 或降温至25℃静放7d) , 测试游离TDI＜0.3% , 加入10% 苯甲酰氯液、10% 二甲基吡唑液搅匀升温至90℃反应15min , 抽真空减压脱出全部甲苯, 加入亲水溶剂, 调整固体含量为50% , 降温至50℃ 加入三乙胺、N -甲苯二乙醇胺, 调整p H 值为8.5 , 升温至60℃ 反应到透明, 降温至40℃ 过滤, 出料。

7、水性聚酯聚氨酯

产品配方( 甲组分): OH ∶ NCO ( 物质的量比) = 1.5:1 , K 值= 1.02 ,醇超量R = 1.18。

工艺步骤: 按配方将新戊二醇、己二酸、苯偏三甲酸酐、DMPA 加入反应釜, 通入CO2 气, 升温至120℃ ,加入钛酸四异丙基酯, 搅拌升温至180 ℃ , 反应2h 后, 每隔30min 取样测试其酸值, 直至达到79mg KOH/ g , 羟值达到79.5 , 降温至130℃ 加入二甲苯, 升温至150℃ 回流脱水, 脱尽后, 抽真空回收二甲苯,降温至80 ℃ 加入丙酮进行稀释, 保温在60℃ ,1.5h 滴加TDI , 滴完加入10% 磷酸( 甲苯)液搅匀, 升温至70℃ 反应(4—5)h , 测试游离TDI＜0.2% , 加入50% 苯酚( 甲苯)液升温至80℃ 反应15min , 再升温至90℃ , 蒸馏出1/2 投料量的丙酮, 70℃保温备用。在另一个装有快速搅拌的反应釜中, 加入N- 甲苯二乙醇胺、三乙胺、乙二胺、去离子水开动快速搅拌, 将上述保温在70℃ 的物料, 缓慢加入反应釜, 在60℃ 进行中和反应透明后, 升温至70℃ , 抽真空减压, 蒸馏出余下的全部丙酮,降温至40℃ , 过滤, 出料。

8、水性豆油酸聚酯聚氨酯

产品配方( 甲组分): OH ∶ NCO ( 物质的量比) =1:1.5 , 树脂K 值= 1.019 ,醇超量R= 1.3 、r =1.5 , 油度56%。

工艺步骤: 按配方将豆油脂肪酸、蓖麻油脂肪酸、季戊四醇、新戊二醇加入反应釜, 通入CO 2 气, 升温至120℃加入二月桂酸二丁基锡进行搅拌, 升温至220℃ , 反应3h , 降温至180℃ 加入间苯二甲酸、苯偏三甲酸酐、DMPA在180℃ 下反应2h 后, 每隔30min 取样测试其酸值, 直至达到75mg KOH/g , 羟值为80 ,降温至120 ℃ 加入甲苯, 升温至132℃ 回流脱水, 脱尽后, 降温至65℃ 加入10% 苯酚甲苯液搅匀,将TDI 加入单体滴加釜, 开始滴加,1.5h 滴完后, 升温至70℃ 反应4h , 80℃ lh , 测试游离TDI 在0.2 % , 加入50% 苯酚( 甲苯) 液搅匀, 升温至90℃ 反应15min , 进行真空减压脱出2/3 的甲苯, 加入异丁醇降温至50℃ , 加入三乙胺、二甲苯乙醇胺及1/3 的去离子水, 调整p H 值为8.6 ,升温到60℃ 反应至透明, 抽真空脱出全部甲苯, 加入余下的去离子水, 调整固含量50% , 过滤, 出料。

9、水性菜油醇酸聚氨酯

产品配方( 甲组分): OH ∶ NCO ( 物质的量比) =1:1.5 , 树脂K 值=1.01 ,醇超量R= 1.314 , r= 1.499 , 油度= 55.2% , 理论NCO 含量= 228% 。

工艺步骤: 按配方将菜籽( 色拉) 油、蓖麻油脂肪酸、TMP 、新戊二醇加入反应釜, 通入CO2 气, 升温至120℃ 加入环烷酸锂搅拌, 升温至230℃ 反应(2 ～ 3)h , 测试醇解透明合格后, 降温至180℃ ,加入苯二甲酸酐、苯偏三甲酸酐、DMPA , 在180℃ 反应2h 后, 每隔30min , 测试一次酸值,直至达到70mg KOH/ g 为止, 然后降温至110℃ 加入甲苯, 升温至132℃ 脱水, 将水脱尽后, 降温至65℃ 加入10% 磷酸( 甲苯) 液搅匀, 将TDI 加入单体滴加釜, 开始滴加, 滴完后升温至70℃ 反应(4—5) h ,80℃ 1h , 测试游离TDI 达到0.2 % , 加入50% 苯酚( 甲苯) 液, 升温至90℃反应15min , 抽真空脱出1/3 的甲苯, 加入异丙醇, 降温至50℃ 加入N - 二甲基乙醇胺、三乙胺, 及1/2 的去离子水, 调整p H 值为8.6 , 升温到60℃ 反应至透明, 抽真空脱出全部甲苯, 加入余下的去离子水,调节固含量50% , 过滤, 出料。

10、水性蓖麻油醇酸聚氨酯

产品配方(甲组分): OH∶NCO ( 物质的量比) =1：1.5 , 树脂K 值=0197 , 醇超量R= 1.23, r= 1.36, 油度=5514% , 理论NCO 含量= 2.3% 。

工艺步骤: 按配方将蓖麻油、甘油(95%) 、新戊二醇加入反应釜, 通入CO2 气, 升温至120℃加入一氧化铅搅拌, 升温至230℃, 反应(2-3) h , 测试其醇解透明合格后, 降温至180℃加入苯二甲酸酐、苯偏三甲酸酐、DMPA 、松香二元醇, 在180℃ 反应2h 后, 每隔30min 测试酸值,直至达到80mg KOH/g 为止, 然后降温至110℃ 加入甲苯, 升温到128 回流脱水, 脱尽后, 加入10%磷酸甲苯液降温至65℃, 用1.5h 滴完TDI , 升温至70℃反应4h , 80℃1h , 测试其游离TDI达到0.2 % , 加入50% 苯酚(甲苯) 液, 升温至95 反应15min , 抽真空脱出1/ 2 量的甲苯,加入异丙醇, 降温至50 加入一乙醇胺、三乙胺及1/2 量的去离子水, 调整p H 值为8.6 ,升温到60℃反应至透明, 抽真空脱出全部甲苯, 加入余下的去离子水, 过滤, 出料。