水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用

摘要

本发明涉及一种水性聚氨酯树脂，包括以下重量份数的原料：己二酸型聚酯多元醇120‑160份、XDI 1‑5份、TMXDI 40‑60份、HDI三聚体1‑5份、1,3‑丁二醇5‑10份、乙二胺基磺酸钠7‑13份、乙二胺4‑10份和水150‑180份。本发明水性聚氨酯树脂对环境友好，固化后，具有高的透光率和耐磨性，是一种优异的光学镜面涂层材料。

权利要求

1.一种水性聚氨酯树脂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

己二酸型聚酯多元醇120-160份、XDI1-5份、TMXDI40-60份、HDI三聚体1-5份、1,3-丁二醇5-10份、乙二胺基磺酸钠7-13份、乙二胺4-10份和水150-180份，所述XDI、TMXDI和HDI三聚体的重量比为：1:(10-20)：1；

所述己二酸型聚酯多元醇为己二酸-3-甲基-1,5-戊二醇酯二醇，分子量为650-3000；

所述水性聚氨酯树脂的固含量为40%-60%；所述水性聚氨酯树脂在25℃下的粘度为200-

400mPa·s。

2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯树脂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：己二酸型聚酯多元醇130-150份、XDI2-3份、TMXDI45-50份、HDI三聚体2-3份、1,3-丁二醇6-8份、乙二胺基磺酸钠9-11份、乙二胺6-8份和水160-170份。

3.一种权利要求1-2任一项所述的水性聚氨酯树脂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按权利要求1-2任一项所述的重量份数称取各原料；将所述己二酸型聚酯多元醇真空脱泡1-3h，温度为100-120℃；降温至50-70℃，于真空脱泡后的所述己二酸型聚酯多元醇中逐滴滴入所述XDI，反应1-2h，升温至80-90℃，加入所述HDI三聚体，反应1-2h，升温至120-

130℃，加入所述TMXDI，反应1-3h，降温至70-80℃，得第一混合物；

于所述第一混合物中，加入所述1,3-丁二醇，反应1-3h，降至室温，得第二混合物；

于所述第二混合物中，加入所述乙二胺基磺酸钠的水溶液，反应10-15min，加水乳化

15-20min，加入所述乙二胺，反应1-2h，得水性聚氨酯树脂。

4.根据权利要求3所述的水性聚氨酯树脂制备方法，其特征在于，所述第一混合物中，NCO％为3-8％；及/或所述第二混合物中，NCO％为2.5-4％。

5.一种光学镜面涂料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

权利要求1-4任一项所述的水性聚氨酯树脂60-70份，水性润湿剂0.3-0.5份、水性消泡剂0.2-0.5份、水性增稠剂0.7-1.5份、二丙二醇丁醚5-8份和二丙二醇甲醚3-6份。

6.根据权利要求5所述的光学镜面涂料，其特征在于，所述水性润湿剂选自TEGO WET KL245；及/或所述水性消泡剂选自先创S8044或AFCONA 2503；及/或所述水性增稠剂包括水性高剪切缔合型增稠剂和水性低剪切聚氨酯增稠剂，所述水性高剪切缔合型增稠剂选自Borchi Gel0434，所述水性低剪切聚氨酯增稠剂选自Borchi Gel0620。

说明书

水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及光学镜片涂料领域，特别是涉及水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 光学镜片表面经常会增加一层涂层，防止镜面刮伤。现有的方案中，作为光学镜片涂层的涂料多以芳香烃或者酮类作为有机溶剂，制得的溶剂型产品附着力强、透光率高。但是，有机溶剂在生产和涂装过程中，会造成环境污染。同时，在密闭无尘的环境中使用有机溶剂，对操作员工的安全健康带来隐患。

[0003] 另一种制备光学镜片涂层的方案是利用硅烷水解的原理，制备硅氧烷涂层材料，但是，这种涂层的耐磨性不好。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种光学镜面涂层用的水性聚氨酯树脂，具有高透光率和高耐磨性并且对环境友好。

[0005] 本发明的一个目的是提供一种水性聚氨酯树脂。

[0006] 具体技术方案为：

[0007] 一种水性聚氨酯树脂，包括以下重量份数的原料：

[0008] 己二酸型聚酯多元醇120-160份、XDI 1-5份、TMXDI 40-60份、HDI三聚体1-5份、1,3-丁二醇5-10份、乙二胺基磺酸钠7-13份、乙二胺4-10份和水150-180份。

[0009] 在其中一个实施例中，所述水性聚氨酯树脂包括以下重量份数的原料：

[0010] 己二酸型聚酯多元醇130-150份、XDI 2-3份、TMXDI 45-50份、HDI三聚体2-3份、1,3-丁二醇6-8份、乙二胺基磺酸钠9-11份、乙二胺6-8份和水160-170份。

[0011] 在其中一个实施例中，所述XDI、TMXDI和HDI三聚体的重量比为：1:(10-20)：1。

[0012] 在其中一个实施例中，所述水性聚氨酯树脂的固含量为40％-60％。

[0013] 在其中一个实施例中，所述水性聚氨酯树脂在25℃下的粘度为200-400mPas。

[0014] 在其中一个实施例中，所述己二酸型聚酯多元醇为己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇，分子量为650-3000。

[0015] 本发明的另一个目的是提供上述水性聚氨酯树脂的制备方法。

[0016] 具体技术方案为：

[0017] 一种水性聚氨酯树脂的制备方法，包括如下步骤：

[0018] 按上述重量份数称取各原料；

[0019] 将所述己二酸型聚酯多元醇真空脱泡1-3h，温度为100-120℃；

[0020] 降温至50-70℃，于真空脱泡后的所述己二酸型聚酯多元醇中逐滴滴入所述XDI，反应1-2h，升温至80-90℃，加入所述HDI三聚体，反应1-2h，升温至120-130℃，加入所述TMXDI，反应1-3h，降温至70-80℃，得第一混合物；

[0021] 于所述第一混合物中，加入所述1,3-丁二醇，反应1-3h，降至室温，得第二混合物；

[0022] 于所述第二混合物中，加入所述乙二胺基磺酸钠的水溶液，反应10-15min，加水乳化15-20min，加入所述乙二胺，反应1-2h，得水性聚氨酯树脂。

[0023] 在其中一个实施例中，所述第一混合物中，NCO％为3-8％；及/或

[0024] 所述第二混合物中，NCO％为2.5-4％。

[0025] 本发明还有一个目的是提供一种光学镜面涂料。

[0026] 具体技术方案为：

[0027] 一种光学镜面涂料，包括以下重量份数的原料：

[0028] 上述水性聚氨酯树脂60-70份，水性润湿剂0.3-0.5份、水性消泡剂0.2-0.5份、水性增稠剂0.7-1.5份、二丙二醇丁醚5-8份和二丙二醇甲醚3-6。

[0029] 在其中一个实施例中，所述水性润湿剂选自TEGO WET KL245；及/或[0030] 所述水性消泡剂选自AFCONA 2503；及/或

[0031] 所述水性增稠剂包括水性高剪切缔合型增稠剂和水性低剪切聚氨酯增稠剂，所述水性高剪切缔合型增稠剂选自Borchi Gel0434，所述水性低剪切聚氨酯增稠剂选自Borchi Gel0620。

[0032] 与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：

[0033] 上述水性聚氨酯树脂主要由不易结晶的己二酸型聚酯多元醇和特定的异氰酸酯制备而成。XDI和TMXDI可提高水性聚氨酯树脂涂料的表面强度，固化后的涂层不易磨花，配伍HDI三聚体的加入，使聚氨酯树脂的结构支链化，固化后，具有更优异的耐磨性。同时，三种异氰酸酯之间，具有良好的相容性，配合己二酸型聚酯多元醇使制备得到的水性聚氨酯树脂固化后具有高透光性。此外，以该水性聚氨酯树脂制备涂层的过程中，不需要使用机溶剂，对环境友好。本发明水性聚氨酯树脂作为光学镜面的涂层材料，性能优异。

[0034] 进一步的，通过合理的控制XDI和TMXDI和HDI三聚体重量比，可提高本发明水性聚氨酯树脂固化后的耐磨性和透光性。

具体实施方式

[0035] 以下结合具体实施例对本发明的水性聚氨酯树脂及其制备方法与应用作进一步详细的说明。

[0036] 本发明具体实施方式中的原料均来源于市售。

[0037] 己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇购于日本可乐丽公司，型号为P-2010。

[0038] 水性润湿剂245购于迪高公司，型号为WET KL 245。

[0039] 水性消泡剂2503购于AFCONA公司，型号为AFCONA 2503。

[0040] 水性消泡剂S8044购于先创公司，型号为S8044。

[0041] 水性高剪切缔合型增稠剂Borchi Gel0434购于Borchi Gel公司。

[0042] 水性低剪切聚氨酯增稠剂Borchi Gel0620购于Borchi Gel公司。

[0043] 实施例1

[0044] 本实施例提供一种光学镜面涂料。

[0045] 具体技术方案为：

[0046] 一种光学镜面涂料，由以下重量份数的原料制成：

[0047] 水性聚氨酯树脂65份、WET KL 245 0.4份、AFCONA 2503 0.4份、Borchi Gel0434 0.8份、Borchi Gel0620 0.4份、二丙二醇丁醚7份、二丙二醇甲醚5份和水20份。

[0048] 上述光学镜面涂料的制备方法包括如下步骤：

[0049] 将水性聚氨酯树脂加入分散机中，转速提升到300rad/min，加入Borchi Gel0434，同时加入AFCONA 2503 0.4，转速提高到1200rad/min，搅拌20min，降低转速到300rad/min，加入WET KL 245，搅拌10min，过滤，加入Borchi Gel0620，搅拌，得光学镜面涂料。

[0050] 其中，所述水性聚氨酯树脂由以下重量份数的原料制成：

[0051] 己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇140份、XDI 3份、TMXDI 50份、HDI三聚体3份、1,3-丁二醇7份、乙二胺基磺酸钠10份、乙二胺7份和水170份。

[0052] 上述水性聚氨酯树脂的制备方法包括如下步骤：

[0053] 将分子量为2000的己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇真空脱泡2h，温度为110℃；

[0054] 降温至60℃，于真空脱泡后的所述己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇中逐滴滴入所述XDI，反应1h，升温至80℃，加入所述HDI三聚体，反应1h，升温至125℃，加入所述TMXDI，反应至NCO％为3-8％，降温至80℃，得第一混合物；

[0055] 于所述第一混合物中，加入所述1,3-丁二醇，反应至NCO％为2.5-4％，降至室温，得第二混合物；

[0056] 于所述第二混合物中，加入所述乙二胺基磺酸钠的水溶液，反应15min，加水乳化15min，加入所述乙二胺，反应1h，得固含量为50％的水性聚氨酯树脂。

[0057] 实施例2

[0058] 本实施例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：

[0059] 所述水性聚氨酯树脂由以下重量份数的原料制成：

[0060] 己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇140份、XDI 2份、TMXDI 40份、HDI三聚体2份、1,3-丁二醇7份、乙二胺基磺酸钠10份、乙二胺7份和水170份。

[0061] 上述水性聚氨酯树脂的制备方法与实施例1相同。得固含量为50％的水性聚氨酯树脂。

[0062] 实施例3

[0063] 本实施例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：

[0064] 所述水性聚氨酯树脂由以下重量份数的原料制成：

[0065] 己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇140份、XDI 5份、TMXDI 60份、HDI三聚体5份、1,3-丁二醇7份、乙二胺基磺酸钠10份、乙二胺7份和水170份。

[0066] 上述水性聚氨酯树脂的制备方法与实施例1相同，得固含量为50的水性聚氨酯树脂。

[0067] 实施例4

[0068] 本实施例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：

[0069] 所述水性聚氨酯树脂由以下重量份数的原料制成：

[0070] 己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇140份、XDI 1份、TMXDI 40份、HDI三聚体1份、1,3-丁二醇7份、乙二胺基磺酸钠10份、乙二胺7份和水170份。

[0071] 上述水性聚氨酯树脂的制备方法与实施例1相同，得固含量为50的水性聚氨酯树脂。

[0072] 对比例1

[0073] 本对比例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：水性聚氨酯树脂中，未加入HDI三聚体。

[0074] 对比例2

[0075] 本对比例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：水性聚氨酯树脂中，将XDI替换为TDI。

[0076] 对比例3

[0077] 本对比例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：水性聚氨酯树脂中，将己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇替换为聚四氢呋喃醚

[0078] 对比例4

[0079] 本对比例提供一种光学镜面涂料，与实施例1基本相同，区别在于：所述水性聚氨酯树脂由以下重量份数原料制成：

[0080] 己二酸-3甲基-1,5-戊二醇酯二醇140份、XDI 3份、TMXDI 66份、HDI三聚体1份、1,3-丁二醇7份、乙二胺基磺酸钠10份、乙二胺7份和水170份。

[0081] 试验例

[0082] 实施例1-4和对比例1-4的光学镜面涂料涂覆于眼镜镜面上，涂料固化后，测试涂层的透光率、耐磨性、耐水性等性能。具体测试方法为：

[0083] 透光率按照国际标准DIN EN ISO 13468-2测试；

[0084] 耐磨性按照国际标准ASTM F 2357-04测试；

[0085] 耐水性按照国家标准GB/T 1733-1993测试。

[0086] 将实施例1-4和对比例1-4的眼镜涂层浸泡在5％NaOH和人工汗液中，记录涂层出现异常的时间。

[0087] 以市售眼镜涂层作为对照组，购于深圳吉鹏科技有限公司，型号为JP-1153。测试结果如表1所示：

[0088] 表1试验效果

[0089]

[0090]

[0091] 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。

[0092] 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本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。