一種水性聚氨酯－聚丙烯酸酯乳液及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種水性聚氨酯－聚丙烯酸酯乳液及其制備方法；所述水性聚氨酯－聚丙烯酸酯乳液制備方法是將含活性基團烯類單體在微量阻聚劑和低溫控制條件下與過量的多異氰酸酯反應生成部分單封端的乙烯基異氰酸酯，然后與多元醇聚合物反應生成預聚物，加入少量丙烯酸酯單體作為稀釋劑，加入中和劑，小分子擴鏈劑，反應后分散到去離子水中，加入引發劑和剩余的丙烯酸酯單體，聚合得到穩定的水性聚氨酯－聚丙烯酸酯乳液。該乳液特點是不含有機溶劑、對環境友好、粒徑小而均勻，乳液涂膜具有優異的力學性能、耐水性、耐溶劑性、高硬度和附著力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及。
技術介紹
隨著各國更嚴格環保法規的出臺和環保意識的增強，傳統溶劑型涂料的揮發性有機化合物(voc)含量受到了嚴格控制，促進了環保型水性涂 料的快速發展。聚氨酯(PU)乳液和聚丙烯酸酯乳液己經廣泛用于涂料、膠粘劑等領域。聚氨酯由于具有良好的物理機械性能，優異的耐寒性，彈性， 高光澤以及耐有機溶劑性好等優點，但是聚氨酯樹脂涂膜耐水性不好，機械強度不及丙烯酸樹脂(PA);丙烯酸樹脂具有機械強度高，耐老化，耐光不變黃，耐水性好等優點，但又存在著耐溶劑性差，高溫易發粘，低溫 易脆等特點。由此可見，聚氨酯和聚丙烯酸酯在物理化學性質上具有一定 的互補作用，將兩者復合起來，就能克服各自的缺點，發揮各自優勢，使 涂膜性能得到明顯改善。目前，制備水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液的方法主要有以下幾種(1) 乳液共混法，該法步驟較多，工藝復雜，產品質量不夠穩定；(2)種子 乳液法先制備含親水基團的PU分子，將其分散在水中作為種子，然后 讓丙烯酸酯單體在水乳液中聚合成較穩定的具有核-殼結構的復合乳液。方法制得的乳液顆粒雖然結構中含有PUA復合乳液，但是大部分仍以單純 的PA和PU存在，影響了乳液的綜合性能；(3)互穿網絡法，制得的 乳液能使PU和PA鏈達到分子水平上的共混，乳液性能得到改善，但是 乳液容易產生交聯，粒徑較大。我們通過實驗表明，在有微量阻聚劑和低溫作用下，反應程度可以通 過檢測NCO含量來確定，含活性基團烯類單體中活性基團幾乎100%與二 異氰酸酯單體中NCO反應，這樣預聚物分子結構易于控制，同時能保證 烯類單體與二異氰酸酯單體不共聚，也不會發生自聚現象，與中國專利 CN1438257A和CN1407014A相比，工藝穩定性進一步得到提高。另外，與傳統制備PUA復合乳液合成工藝相比，整個反應過程，沒有使用任何 有機溶劑和乳化劑，這樣使得制得的水性PUA復合乳液VOC含量幾乎為 零，完全滿足環保的要求，同時降低了工藝成本。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供。本專利技術采用了乳液共聚法先制備帶雙鍵的聚氨酯乳液，然后將此乳 液與丙烯酸酯類單體進行乳液共聚，得到PUA共聚乳液。該方法是通過 化學共價鍵作用將PU和PA聯系起來，其復合程度更高，乳液性能更好。本法首次將含活性基團烯類單體在微量阻聚劑和低溫條件下與過量的多 異氰酸酯反應生成部分單封端的乙烯基異氰酸酯，然后與多元醇聚合物反 應生成預聚物，加入少量丙烯酸烯類單體作為稀釋劑，加入中和劑，小分 子擴鏈劑，'反應后分散到去離子水中，加入引發劑和剩余的丙烯酸酯單體， 聚合得到穩定的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液。該乳液特點是不含有機溶 劑、不使用乳化劑，成本低，對環境友好、粒徑小而均勻，乳液涂膜具有 優異的力學性能、耐水性、耐溶劑性和高硬度。本專利技術工藝特點是將含活性基團烯類單體在控制條件下與過量的多 異氰酸酯反應生成部分單封端的乙烯基異氰酸酯，然后與多元醇聚合物反 應生成預聚物，加入少量丙烯酸酯單體作為稀釋劑，加入中和劑，小分子 擴鏈劑，反應后分散到去離子水中，加入引發劑和剩余的丙烯酸酯單體， 聚合得到穩定的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液。該乳液特點是不含有機溶 劑、對環境友好、粒徑小而均勻，乳液涂膜具有優異的耐水性、耐溶劑性、高硬度和附著力，所需原料及其配比(質量百分數)如下 二異氰酸酯單體15-45%; 多元醇聚合物10-45%; 小分子擴鏈劑3-8%; 含活性基團烯類單體1-5%; 丙烯酸酯單體20-40%; 阻聚劑0.01-0.03%;中和劑用量為單體中羧基用量的70%-150%引發劑0.01-0.05% 去離子水50-75%。本專利技術的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液制備方法包括以下步驟(1) 聚氨酯預聚體的制備含活性基團烯類單體和過量的二異氰酸 酯單體，兩者摩爾比為1: 1-1: 8.5,加入少量的阻聚劑，溫度控制在35-40。C，保溫反應lh左右，分析NCO基團的含量，當NCO。/。達到3。/。-8。/。時， 加入多元醇聚合物，小分子擴鏈劑，少量催化劑，升溫到7(TC反應3-4h， 加入親水擴鏈劑，繼續反應至NCO含量保持不變為止，得到端基含有C=C 雙鍵的聚氨酯預聚物；(2) 將上述聚氨酯預聚物降溫至40-5(TC，加入中和齊l」，加入10%-30% 丙烯酸酯單體調節粘度，在高速攪拌下，將去離子水加入反應釜中，同時 加入胺類擴鏈劑進行擴鏈，得到丙烯酸酯單體溶脹和主鏈上含有C=C雙鍵 的水性聚氨酯乳液。(3) 將上述乳液加熱升溫至60-8(TC，將剩余的丙烯酸酯單體與引發 劑混合均勻,每反應lh滴加一次，3-5次滴加完畢，保溫反應2-3h，降溫 過濾出料，用氨水調節PH值為7，得到水性聚氨酯-聚丙烯酸酯共聚乳液。所述的二異氰酸酯單體是甲苯二異氰酸酯(TDI) 、 二苯基甲烷二異 氰酸酯(MDI)、異佛爾酮二氰酸酯(IPDI)、六環己基二氰酸酯(HMDI)、苯 二亞甲基二氰酸酯其中一種或一種以上的混合物。根據NCO基團的活性， 優先考慮使用IPDI或TDI，或二者混合物。所述的阻聚劑是對苯二酚、對羥基苯甲醚、對叔丁基鄰苯二酚、2， 6-二硝基對甲酚中的一種，用量為單體質量的0.01-0.03%。所述的多元醇聚合物為聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、 聚四氫呋喃多元醇、聚烯烴多元醇中的一種或一種以上的混合物。其數均 分子量為1000-3000，羥值為50-200mgKOH/g。所述的小分子擴鏈劑為C2-C6的二元醇中的一種或一種以上混合物。所述的含活性基團烯類單體為含羧基、氰基、氨基、咪唑基、羥基、 環氧基和硅氧烷基烯類單體中的一種或一種以上混合物。所述的中和劑為三乙胺、三丙胺，2-甲基乙醇胺中的一種。所述的催化劑為辛酸亞錫、二月桂酸二丁基錫、N,N-二甲基乙醇胺、 三乙撐二胺中的 一 種或 一 種以上的混合物。所述的引發劑為水溶性引發劑過硫酸鉀、過硫酸銨；氧化還原型引 發劑過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、過氧化氫-氯化亞鐵，特丁基過氧化氫-氯化 亞鐵；油溶性引發劑偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰中的一種或一種以上混所述的丙烯酸酯單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯 酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈中的一種或一種以上混合物。本專利技術制備的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液的工藝原理是含活性基團 烯類單體在微量阻聚劑和低溫控制條件下，可與多氰酸酯反應生成單封端 的乙烯基異氰酸酯，它們和多氰酸酯與多元醇反應形成的預聚體在分散后 與丙烯酸酯或其它烯類單體進行"核殼"聚合時，形成接枝聚合物，通過 加入含活性基團烯類單體，在主鏈上引入各種可反應基團如環氧基、羥基、 硅氧烷基等，從而形成多重交聯；分散前加入部分單體，可代替有機溶劑，實現"無皂"聚合。真正實現丙烯酸酯與聚氨酯分子間相容性。該乳液特 點是不含有機溶劑、對環境友好、粒徑小而均勻，乳液涂膜具有優異的耐 水性、耐溶劑性和高硬度、附著力?？蓮V泛用于高檔水性木器漆涂料和水 性皮革涂飾劑。本專利技術制備的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液及其涂膜性能指標如下表: 表l:水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液涂膜性能<table>table see original document page 7</column></本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水性聚氨酯－聚丙烯酸酯乳液，原料配比按質量百分比計如下：　二異氰酸酯單體：１５～４５％；　多元醇聚合物：１０～４５％；　小分子擴鏈劑：３～８％；　含活性基團烯類單體：１～５％；　丙烯酸酯單體：２０～４０％；　阻聚劑：０．０１～０．０３％；　中和劑：用量為單體中羧基用量的７０％～１５０％；　引發劑：０．０１～０．０５％；　去離子水：５０～７５％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：祝陽，呂滿庚，常東亮，
申請(專利權)人：中科院嘉興中心應用化學分中心，
類型：發明
國別省市：33[中國|浙江]