一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水性聚氨酯乳液，特别是涉及一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液及其制备方法，所述的高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，由以下重量份的组份组成：二氧化碳共聚物多元醇60份，亲水扩链剂2‑10份，二异氰酸酯20‑60份，催化剂0.01‑1份，非亲水扩链剂2‑10份，有机硅偶联剂KH‑560 0.5‑2份，去离子水100‑300份，扩链交联剂0.5‑4份，聚丙烯酸酯乳液5‑40份。本发明专利技术还提供了该高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液的制备方法。本发明专利技术提供的水性聚氨酯乳液以二氧化碳共聚物多元醇为基础原料，先通过有机硅偶联剂改性，再与聚丙烯酸酯乳液复合改性制得，具有较高的耐水性和附着力。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液及其制备方法
本专利技术涉及一种水性聚氨酯乳液，特别是涉及一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液及其制备方法。
技术介绍
聚醚和聚酯多元醇是目前合成水性聚氨酯时主要的多元醇树脂，但是，聚醚型水性聚氨酯胶膜强度低、耐磨型差，耐紫外老化性能也差，而聚酯型水性聚氨酯储存稳定性差，耐水解性差。聚四氢呋喃二醇及聚碳酸亚己酯二醇制备的水性聚氨酯强度高、耐水解、耐候及耐热性好，但是原料成本高。二氧化碳基共聚物多元醇(PPC)是一种以二氧化碳和环氧丙烷为原料通过反应制得的多元醇，生产成本较低。以PPC为原料制备的水性聚氨酯具有高强度、高硬度、耐磨性，同时耐水解、储存稳定性好。CN104403077A公布了一种水性聚氨酯涂料的制备方法，其采用聚碳酸亚丙酯多元醇和聚醚多元醇复合，制备了水性聚氨酯涂料，其涂层硬度可以达到2H。CN103755911A公开了一种基于该多元醇的环保型水性聚氨酯涂料的制备方法，制得的水性聚氨酯涂料的储存稳定性、耐水解性优于聚酯型，耐磨性、力学强度、附着力优于聚醚型水性聚氨酯涂料。申请人研究发现，经过丙烯酸改性的PPC型水性聚氨酯表面硬度和耐水性明显提高，吸水率明显下降。然而，这种水性聚氨酯乳液涂覆在玻璃上，浸水2h即发生整体脱落。这表明，这种改性后的聚氨酯乳液在玻璃基材上的使用仍然有较大弊端。因此，开发一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯，解决在一些特殊基材上的应用问题十分必要。
技术实现思路
本专利技术第一个目的是针对现有技术的不足提供一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，以二氧化碳共聚物多元醇为基础原料，先通过有机硅改性，再与聚丙烯酸酯乳液复合改性制得，具有较高的耐水性和附着力。为了实现以上目的，本专利技术提供以下技术方案：一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，包括以下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60份，亲水扩链剂2-10份，二异氰酸酯20-60份，催化剂0.01-1份，非亲水扩链剂2-10份，有机硅偶联剂KH-5600.5-2份，去离子水100-300份，扩链交联剂0.5-4份，聚丙烯酸酯乳液5-40份。优选的，所述二氧化碳共聚物多元醇是以二氧化碳为起始原料，在引发剂、催化剂作用下与环氧丙烷共聚合成的；所述二氧化碳共聚物多元醇的分子量为1000-8000，羟基官能度为2-6，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25-0.45。优选的，所述亲水扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠、1,4-丁二醇-2-2磺酸钠、二羟甲基丁酸半酯、二羟甲基丙酸中的任意一种或几种的混合物，所述亲水扩链剂的重量份为2-6份。优选的，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种的混合物，所述二异氰酸酯的重量份为20-30份。优选的，所述催化剂为辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的任意一种或几种的混合物。优选的，所述非亲水扩链剂为乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、1，6己二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-羟甲基环己烷、三甲基戊二醇中的任意一种或几种的混合物，所述非亲水扩链剂的用量为2-10份。优选的，所述扩链交联剂为二正丁胺、乙二胺、三甲基己二胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺、异氟尔酮二胺中的任意一种或几种的混合物，所述扩链交联剂的重量份为2-4份。优选的，所述聚丙烯酸酯乳液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸异丁酯中的任意一种或几种的混合物与乳化剂、引发剂、水经乳液聚合反应制得。本专利技术要解决的另一技术问题是提供上述高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液的制备方法。为解决上述技术问题，技术方案是：一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液的制备方法，其步骤如下：(1)在反应器中按比例加入100份的水、0.5-2份乳化剂和0.1-1份引发剂，再加入2-6份丙烯酸酯单体混合物，在70℃聚合反应0.5-1小时，然后再加入50-60份丙烯酸酯单体混合物，聚合反应3.5-5小时，最后升温至85℃，反应1-2小时，冷却至室温得到聚丙烯酸酯乳液；(2)按配方量称取各组分，将二氧化碳基共聚物多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂、催化剂、非亲水扩链剂升温至60-100℃，反应1-10h，加入KH-5600.5-2份，降温到40℃，加入中和剂中和至反应体系的pH值为7，加入去离子水乳化0.1-1h，加入扩链交联剂剂扩链1h，加入步骤(1)得到的聚丙烯酸酯乳液份，高速乳化0.1-1h，得到高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液。优选地，所述中和剂为三乙胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠、氨水中的任意一种或几种的混合物。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：1、本专利技术提供一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其中二氧化碳共聚物多元醇分子内含有大量的碳酸酯键及醚键，这些键使得二氧化碳共聚物多元醇在制备成聚氨酯时，不仅在其分子之间，而且在其和氨基甲酸酯之间均容易形成较强的分子内及分子间氢键，同时侧甲基的存在可有效抑制二氧化碳聚合物多元醇的结晶，使其成为分子内氢键的密度超高，同时又是非晶化合物，制备出的水性聚氨酯无法形成软硬段相分离的海岛结构，导致二氧化碳共聚物多元醇型聚氨酯具有强度高、弹性差的特性，同时，二氧化碳基共聚物多元醇(PPC)型水性聚氨酯乳液在玻璃上成膜过程中，羧基更容易富集亲水性较强的玻璃侧，形成良好的附着。但是在经过水浸后，小分子水进入胶膜与玻璃之间，形成水合层，使得PPC(二氧化碳基共聚物多元醇)型水性聚氨酯涂层与玻璃容易分离。2、本专利技术首先使用有机硅偶联剂KH-560改性，KH560水解产生-Si-O-Si-三维交联结构，从而使得胶膜硬度提高。KH560改性后，部分硅氧烷基团水解，生成的Si-OH基团可以与玻璃中的有机硅成分反应，形成较强的化学键，从而提供高的附着力；另外，有机硅极性较弱，改性水性聚氨酯后，形成的胶膜中硅氧烷多处于胶膜的表面，使得胶膜疏水性大幅度提升，降低水对胶膜浸润能力，最终提高胶膜耐水性，在玻璃基材上涂层浸水5天仍然附着良好。3、再用聚丙烯酸酯对其进行改性，聚丙烯酸酯分子内含有大量的酯键，其能够与二氧化碳共聚物基聚氨酯的软硬段都能形成较强的分子间氢键，产生协同作用，能够明显改善水性聚氨酯乳液的干燥速度、耐水性，胶膜经水浸泡24h后仍为透明，而且少量的聚丙烯酸酯的使用即可达到很好的改性效果，最终胶膜的硬度可以达到2H，产品可以用于水性聚氨酯木器漆，涂料等，具有广阔的市场前景。4、本专利技术使用的二氧化碳共聚物多元醇是以二氧化碳为原料制得的，成本比较低廉，规模生产后对环境保护、节能减排均具有重要意义。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但不构成的对本专利技术的任何限制。实施例1。(1)在反应器中加入100份去离子水，加入1份十二烷基磺酸钠乳化剂，1份过硫酸铵引发剂，再加入甲基丙烯酸甲酯3.84份，丙烯酸正辛酯0.24份，丙烯酸丁酯1.44份，丙烯酸0.24份，丙烯酸羟乙酯0.24份，在70℃聚合反应0.5小时，然后再滴加入甲基丙烯酸甲酯34.56份，丙烯酸正辛酯2.16份，丙烯酸丁酯12.96份，丙烯酸2.16份，丙烯酸羟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于，包括以下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60份，亲水扩链剂2‑10份，二异氰酸酯20‑60份，催化剂0.01‑1份，非亲水扩链剂2‑10份，有机硅偶联剂KH‑560 0.5‑2份，去离子水100‑300份，扩链交联剂0.5‑4份，聚丙烯酸酯乳液5‑40份。

【技术特征摘要】
1.一种高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于，包括以下重量份的组分：二氧化碳共聚物多元醇60份，亲水扩链剂2-10份，二异氰酸酯20-60份，催化剂0.01-1份，非亲水扩链剂2-10份，有机硅偶联剂KH-5600.5-2份，去离子水100-300份，扩链交联剂0.5-4份，聚丙烯酸酯乳液5-40份。2.根据权利要求1所述的高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述二氧化碳共聚物多元醇是以二氧化碳为起始原料，在引发剂、催化剂作用下与环氧丙烷共聚合成的；所述二氧化碳共聚物多元醇的分子量为1000-8000，羟基官能度为2-6，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25-0.45。3.根据权利要求2所述的高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述亲水扩链剂为乙二胺基乙磺酸钠、1,4-丁二醇-2-2磺酸钠、二羟甲基丁酸半酯、二羟甲基丙酸中的任意一种或几种的混合物，所述亲水扩链剂的重量份为2-6份。4.根据权利要求1所述的高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种的混合物，所述二异氰酸酯的重量份为20-30份。5.根据权利要求1所述的高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的任意一种或几种的混合物。6.根据权利要求1所述的高耐水性、高附着力的水性聚氨酯乳液，其特征在于：所述非亲水扩链剂为乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、1，6己二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-羟甲基环己烷、三甲基戊二醇中的任意一种或几种的混合物，所述非亲水扩链剂的用量为2-10份。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘保华，王恒，牛艳丽，蔡志华，
申请(专利权)人：广东达志环保科技股份有限公司，广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44