一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液及其制备方法技术

技术编号:15319780 阅读:159 留言:0更新日期:2017-05-16 02:26
本发明专利技术公开了一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液及其制备方法。本发明专利技术采用链转移催化法,以水为连续相,乙烯基类亲水单体为反应对象,二价钴盐为催化剂,通过溶液聚合法制备末端含有不饱和双键的亲水端分子链,加以乙烯基亲油单体继续反应,制得末端保留双键的嵌段两亲性共聚物。然后加入惰性丙烯酸酯单体为连续相的乙烯基封端聚氨酯大分子预聚体中,加入引发剂引发可聚合大分子表面活性剂、丙烯酸酯类单体及聚氨酯大分子混合进行共聚,反应过程中,可聚合乳化剂通过双键包覆固定在乳液胶粒表面,这样乳液在干燥过程中就避免了这类乳化剂向表面的迁移作用,保证了这类乳液具有良好的防水性能。

Polyurethane / acrylate hybrid emulsion and preparation method thereof

The invention discloses a polyurethane / acrylate hybrid emulsion and a preparation method thereof. The invention adopts the catalytic chain transfer method, using water as continuous phase, vinyl hydrophilic monomer was two, cobalt salt as catalyst, prepared by the end of the hydrophilic end of molecular chain containing unsaturated double bond by solution polymerization of vinyl monomer to lipophilic reaction prepared end block double bond retention the two amphiphilic copolymers. Then the inert acrylate monomer for vinyl terminated polyurethane macromolecular pre phase polymer, initiator of copolymerization of macromolecular surfactant, acrylic monomer and polyurethane macromolecular mixture, the reaction process, the polymerizable emulsifier in emulsion coating fixed particle surface by a double bond, such emulsion to avoid this kind of emulsifier to transfer surface during the drying process, ensure excellent waterproof performance of this kind of emulsion.

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液及其制备方法
本专利技术涉及聚氨酯的制备
,特别涉及一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液及其制备方法。
技术介绍
随着环保法律法规的健全和人们环保意识的加强,溶剂型涂料的使用范围受到限制,水性涂料的研究日益受到重视。水性聚氨酯是一种性能优异的成膜树脂,20世纪70年代开发了聚氨酯乳液的自乳化制备方法,目前的研究多集中于对其改性,其中丙烯酸酯改性聚氨酯最常见。共聚法制备的水性聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)综合利用了丙烯酸酯的耐候性优良及聚氨酯耐磨、力学性能优异的优点,克服了丙烯酸酯热粘冷脆及水性聚氨酯耐水性差、固含量低的缺点。但PUA乳液用作高档涂层基料在耐水性、耐醇性等方面仍有不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种大分子可聚合乳化剂及其制备方法。本专利技术有效提高微乳液的固含量,提高涂膜的固化速度,综合改善了涂膜的耐水性、耐化学品性等性能,从而与溶剂型涂料相媲美。为达到上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,包括以下重量份的原料:0.5~2份可聚合大分子乳化剂,5~20份丙烯酸酯类单体,10~18份水性聚氨酯微乳液,0.1~0.3份水溶性引发剂溶于5~10份水中制成的引发剂水溶液;所述的可聚合大分子乳化剂包括以下重量份的原料:50~120份水,0.01~0.1份二价钴盐类催化剂,0.1~0.5份水溶性引发剂,50~100份乙烯基亲水单体,100~150份乙烯基亲油单体;所述的可聚合大分子乳化剂的制备方法为:向配有搅拌器的反应器内加入50~120份水,0.01~0.1份二价钴盐及0.1~0.5份水性引发剂,充分搅拌后,以冷冻解冻泵循环法对体系除氧,之后对烧瓶内进行抽真空充保护气体;然后保温在65-85℃,将乙烯基亲水单体匀速滴加入反应器内,滴加完毕后继续反应0.5~1.5小时,再向烧瓶内一次性投入100~150份乙烯基亲油单体,持续反应至终止,之后立即降温停止反应,产物在室温真空条件下干燥备用,即制得可聚合大分子乳化剂。所述的水性聚氨酯微乳液包括以下重量份的原料:15~30份惰性乙烯基单体、7~18份聚合物多元醇、5~15份二异氰酸酯化合物、2~8份阴离子混合亲水扩链剂和0.10~0.35份催化剂,2~9份含羟基或氨基的亲水性乙烯基单体,1.5~9.6份的碱类成盐剂,50~80份的去离子水。所述的聚氨酯微乳液的制备方法为:向干燥反应器中加入15~30份惰性乙烯基单体、7~18份聚合物多元醇、5~15份二异氰酸酯化合物、2~8份阴离子混合亲水扩链剂和0.10~0.35份催化剂,反应温度恒定为75~85℃,反应时间为2~4小时;加入2~9份含羟基或氨基的亲水性乙烯基单体进行封端,保温反应0.5~1小时,再加入2.3~9.6份碱类成盐剂进行中和反应,最后加入去离子水,充分搅拌分散,即得聚氨酯微乳液;所述的二价钴盐类催化剂为钴II肟氟化硼络合物;所述的水溶性引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种;所述催化剂为为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或二丁基醋酸锡。所述乙烯基亲水单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种以上任意配比的混合物;所述乙烯基亲油单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯和苯乙烯中的一种或两种以上任意配比的混合物。所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种以上任意配比的混合物。所述惰性乙烯基单体为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯中的一种、两种或两种以上任意配比的混合物;所述聚合物多元醇为分子量介于1000~2000之间的聚己二酸己二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或两种任意配比的混合物;所述二异氰酸酯化合物为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种任意配比的混合物。所述阴离子混合亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中一种或两种与二羟基丙磺酸钠、2-氨基乙基氨基乙磺酸钠和二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上任意配比的混合物;所述含羟基或氨基的亲水性乙烯基单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺中的一种或两种任意配比的混合物;所述碱类成盐剂为氨水或三乙胺。一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液的制备方法,包括以下步骤:步骤1)制备可聚合大分子乳化剂:向配有搅拌器的反应器内加入50~120份水,0.01~0.1份二价钴盐及0.1~0.5份水性引发剂,充分搅拌后,以冷冻解冻泵循环法对体系除氧,之后对烧瓶内进行抽真空充保护气体;然后保温在65-85℃,将乙烯基亲水单体匀速滴加入反应器内,滴加完毕后继续反应0.5~1.5小时,再向烧瓶内一次性投入100~150份乙烯基亲油单体,持续反应至终止,之后立即降温停止反应,产物在室温真空条件下干燥备用,即制得可聚合大分子乳化剂;步骤2)制备聚氨酯微乳液:向干燥反应器中加入15~30份惰性乙烯基单体、7~18份聚合物多元醇、5~15份二异氰酸酯化合物、2~8份阴离子混合亲水扩链剂和0.10~0.35份催化剂,反应温度恒定为75~85℃,反应时间为2~4小时;加入2~9份含羟基或氨基的亲水性乙烯基单体进行封端,保温反应0.5~1小时,再加入2.3~9.6份碱类成盐剂进行中和反应,最后加入去离子水,充分搅拌分散,即得聚氨酯微乳液;步骤3)制备杂化乳液:在温度为75~85℃的条件下,向干燥容器内加入10~18份聚氨酯微乳液、0.5~2份可聚合大分子乳化剂,然后将0.1~0.3份引发剂溶于5~10份水中制成的引发剂水溶液和5~20份丙烯酸酯类单体在1~3小时内均匀滴入到反应器中,滴加完毕后,继续保温反应到终止,取出降温至室温,调pH为碱性,即得聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术是一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液以一类可聚合两亲性嵌段共聚物为大分子乳化剂,以水为分散介质,配以聚氨酯微乳液而成的聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液。本专利技术通过一类可聚合大分子乳化剂,利用大分子量和末端可反应性的双键对水性PUA进一步改性,以显著提高了水性PUA涂膜的耐水性、耐溶剂性。实验证明,本专利技术制备的可聚合大分子乳化剂末端双键保留,结构可控的两亲性嵌段共聚物,用于乳液聚合中作为可聚合大分子乳化剂。并且本专利技术制备的杂化乳液平均粒径为88.2nm,粒径均匀,产品稳定性好。相对于现有的PUA乳液,本产品的固含量高,涂膜的固化速度快,可室温固化,零游离TDI,无VOC,具有无毒、安全、耐水性、本文档来自技高网...
一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液及其制备方法

【技术保护点】
一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:包括以下重量份的原料:0.5~2份可聚合大分子乳化剂,5~20份丙烯酸酯类单体,10~18份水性聚氨酯微乳液,0.1~0.3份水溶性引发剂溶于5~10份水中制成的引发剂水溶液;所述的可聚合大分子乳化剂的制备方法为:向配有搅拌器的反应器内加入50~120份水,0.01~0.1份二价钴盐及0.1~0.5份水性引发剂,充分搅拌后,以冷冻解冻泵循环法对体系除氧,之后对烧瓶内进行抽真空充保护气体;然后保温在65‑85℃,将乙烯基亲水单体匀速滴加入反应器内,滴加完毕后继续反应0.5~1.5小时,再向烧瓶内一次性投入100~150份乙烯基亲油单体,持续反应至终止,之后立即降温停止反应,产物在室温真空条件下干燥备用,即制得可聚合大分子乳化剂。

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:包括以下重量份的原料:0.5~2份可聚合大分子乳化剂,5~20份丙烯酸酯类单体,10~18份水性聚氨酯微乳液,0.1~0.3份水溶性引发剂溶于5~10份水中制成的引发剂水溶液;所述的可聚合大分子乳化剂的制备方法为:向配有搅拌器的反应器内加入50~120份水,0.01~0.1份二价钴盐及0.1~0.5份水性引发剂,充分搅拌后,以冷冻解冻泵循环法对体系除氧,之后对烧瓶内进行抽真空充保护气体;然后保温在65-85℃,将乙烯基亲水单体匀速滴加入反应器内,滴加完毕后继续反应0.5~1.5小时,再向烧瓶内一次性投入100~150份乙烯基亲油单体,持续反应至终止,之后立即降温停止反应,产物在室温真空条件下干燥备用,即制得可聚合大分子乳化剂。2.根据权利要求1所述的聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:所述的聚氨酯微乳液的制备方法为:向干燥反应器中加入15~30份惰性乙烯基单体、7~18份聚合物多元醇、5~15份二异氰酸酯化合物、2~8份阴离子混合亲水扩链剂和0.10~0.35份催化剂,反应温度恒定为75~85℃,反应时间为2~4小时;加入2~9份含羟基或氨基的亲水性乙烯基单体进行封端,保温反应0.5~1小时,再加入2.3~9.6份碱类成盐剂进行中和反应,最后加入去离子水,充分搅拌分散,即得聚氨酯微乳液。3.根据权利要求2所述的聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:所述的二价钴盐类催化剂为钴II肟氟化硼络合物;所述的水溶性引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种;所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或二丁基醋酸锡。4.根据权利要求2所述的聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:所述乙烯基亲水单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种以上任意配比的混合物;所述乙烯基亲油单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯和苯乙烯中的一种或两种以上任意配比的混合物。5.根据权利要求2所述的聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种以上任意配比的混合物。6.根据权利要求2所述的聚氨酯/丙烯酸酯杂化乳液,其特征在于:所述惰性乙烯基单体为(甲基)...

【专利技术属性】
技术研发人员:费贵强杨小芳王海花高文骥沈一丁李晓扬
申请(专利权)人:陕西科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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