新材料及其应用

本发明公开了一种阴离子型水性异氰酸酯固化剂及其制备方法与应用，该制备方法先在水相中合成一种磺酸型亲水改性剂；然后60～120℃条件下减压浓缩和干燥，得到的磺酸型亲水改性剂；最后加多异氰酸酯和催化剂，在80～100℃下反应3～5小时，至体系完全澄清透明时停止反应，冷却出料。得到的水性异氰酸酯固化剂NCO％含量为***～***％；固体份含量为100％，25℃时黏度为2000～5000mpa·s；水分散后粒径为100～180nm，成本远低于XP 2655。与市面所售水性羟基丙烯酸分散体复配后，漆膜光滑、色泽丰满、附着力强，漆膜硬度、柔韧性、耐水性、耐酸碱性、耐冲击性等均能达标。

据相关统计，2010年中国涂料产量增长率达到***％，远远高于GDP的增长速度***％，涂料的总产量已达到***万吨。其中，溶剂型涂料占涂料总产量的***％，且有机溶剂用量在产品中占50％以上，加上涂装过程中使用的稀释剂，造成极大的污染和浪费。而国内由于受技术、价格和政策法规等因素制约，导致水性工业涂料的开发应用、技术产品远远落后于西方。但涂料的水性化可以实现零VOC和零PAHs排放，是净化空气的低碳环保新主张，符合清洁生产要求。显而易见，为赶超世界先进水平，工业涂料水性化将是我国涂料发展的主攻方向，成为中国涂料产业发展提速的源动力。

聚氨酯涂料具有涂膜外观好、机械性能和耐化学品性优良的特点，广泛应用于木器、塑料、汽车、建筑、铁路等的涂装与保护，是发展最快的涂料品种之一。水性聚氨酯涂料可分为双组分水性聚氨酯涂料(2K‑WPU)和单组分水性聚氨酯涂料(1K‑WPU)。单组分水性涂料由于交联度低、涂膜综合性能特别是耐化学品性不能满足应用要求，在应用推广上受到较大限制。2K‑WPU不仅具有溶剂型双组分聚氨酯涂料的高性能，还具有水性涂料的低VOC值的双重特点，成为涂料工业的研究热点。

与传统水性异氰酸酯固化剂或其他国内外专利相比，本发明的具有如下优点和有益效果：

1、由于机理的不同，相比于其他阴离子改性剂，本发明的原料A如2‑氨基乙磺酸(牛磺酸)简便易得、价格低廉，仅需20～30元/kg，约是美国专利US 06767958B2的原料CAES/CAPS价格(200～300元/kg)的十分之一；原料B如苯基缩水甘油醚亦为常见环氧化合物，市场批发价为30～50元/kg，本发明的制备成本显著低于现有的美国专利US06767958B2代表产品XP 2655，而产品性能与其相当，甚至部分指标更好。

2、本发明所得阴离子型水性固化剂配漆时，无需加大量水稀释即可施工，保证了涂料的高固含量，避免了传统涂料厚涂难干的问题。所制备的涂层表干时间***‑***，光泽90～110GU(60°)，铅笔硬度3H～4H，附着力1～0级，柔韧性***～1mm，耐冲击性50～100kg·cm，耐水7～8天、耐酸2～***天、耐碱3～4天。不仅能够适用于水性工业、地坪等，还能应用于水性木器领域，具有广泛的应用前景。

3、本发明原料A和B之间伯氨基与环氧基的开环反应，是行业内很成熟的工艺，因此制备的磺酸型亲水改性剂(原料C)结构单一，可以大规模生产。相比于中国发明专利***提供的阴离子型改性剂(丙磺酸内酯的开环反应不好控制，羟基、水、甚至胺类催化剂均能使其开环)，本发明亲水改性剂结构单一、副产物少，因而最终改性效果好、产物黏度低且储存稳定性达到10个月以上。

4、本发明合成的阴离子亲水改性剂，相比于中国发明专利CN 105801793B介绍的非离子改性剂具有更佳的亲水改性能力，避免了过多非离子聚醚的引入而使得固化剂本身储存稳定性低和涂膜硬度差的缺陷。

5、本发明所得水性固化剂几乎不含有任何有机溶剂，具有低VOC、无毒、不易燃的特点，安全节能。

6、本发明所得水性固化剂外观澄清透明，储存稳定性高达10个月，NCO％含量可以随反应时间和改性剂用量进行调节，在***～***％范围之间可控，黏度(25℃)低且在2000～5000mpa·s之间可控。