一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和阻尼涂料技术

本发明专利技术属于涂料技术领域，具体涉及一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和阻尼涂料。本发明专利技术以低聚物二元醇、多异氰酸酯和丙烯酸酯类单体为主体，利用封端剂中含有的双键和羟基，在小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、有机溶剂、催化剂、小分子交联剂、成盐剂、乳化剂、交联剂、引发剂和水的共同作用下，使聚氨酯和丙烯酸酯之间通过化学键相连接，提高了聚氨酯和丙烯酸酯的相容性，进而有利于提高核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的稳定性和阻尼性能。

A core-shell waterborne polyurethane / acrylate composite emulsion and preparation method and damping coating thereof

The invention belongs to the coating technical field, in particular to a core-shell waterborne polyurethane / acrylate composite emulsion, a preparation method and a damping coating thereof. The invention takes oligomer diols, polyisocyanate and acrylate monomers as the main body, utilizes double bonds and hydroxyl groups contained in the end-capping agent, and under the combined action of small molecular alcohol chain extender, hydrophilic chain extender, organic solvent, catalyst, small molecular crosslinker, salt-forming agent, emulsifier, crosslinking agent, initiator and water, makes polyurethane and acrylate pass through chemical bond phase. The compatibility of polyurethane and acrylic ester is improved, and the stability and damping property of core shell waterborne polyurethane / acrylate composite emulsion are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和阻尼涂料
本专利技术涉及涂料
，具体涉及一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和阻尼涂料。
技术介绍
噪声污染及其产生的危害越来越受到人们的重视，被认为是仅次于大气污染和水污染的第三大公害，对噪音污染的治理已成为当今社会的热点话题。阻尼涂料是一种能吸收振动机械能并将之转化为热能而耗散的新型功能涂料。阻尼减振降噪技术主要是利用阻尼材料在受到外力作用时将动能转化成为热能的原理，减小结构的共振振幅，提高疲劳寿命和降低结构噪声。高分子材料在受到交变力场的作用下发生的位移滞后现象，产生的力学损耗是其产生阻尼作用的根本原因。一般在玻璃化转变温度(Tg)附近，链段能充分运动，但形变又跟不上外加交变力场的变化，所以滞后现象严重，阻尼效果好，在玻璃化转变区内出现一个内耗的极大值。玻璃化转变温域愈大、温域值与环境愈符合，其阻尼效果愈好。为了满足实际阻尼应用的要求，表现出良好阻尼性能的材料应在至少60～80℃的温度范围内具有高损耗因子(tanδ≥0.3)。聚氨酯本身具有大量的氢键、一定程度的微相分离结构和较高的阻尼因子，是一类非常重要的聚合物粘弹阻尼材料。然而，传统的聚氨酯通常含有大量的有机溶剂。随着健康和环保意识的提高，水性聚氨酯(WPU)正成为传统聚氨酯的替代品。WPU具有良好的物理机械性能、良好的耐寒性、弹性和耐温度硬度，然而，由于亲水性基团的存在，WPU也存在一些固有的缺点，如耐水性、耐溶剂性、耐候性较差。丙烯酸酯聚合物(PA)的主聚合物链中含有碳碳键，耐候性和耐水性均较好，且具有成本低的优点。鉴于此，将两者有机结合，充分发挥二者的优势，以期得到综合性能优异的水性聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液。但目前制备的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液普遍存在聚氨酯和丙烯酸酯相容性差、复合乳液的稳定性差的缺陷，导致阻尼性能不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和阻尼涂料，本专利技术提供的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液中聚氨酯和丙烯酸酯相容性好，得到的复合乳液具有优异的稳定性，且兼具聚氨酯和丙烯酸酯乳液的优点，将本专利技术提供的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液涂膜固化后的薄膜具有优异的阻尼性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，制备原料包括低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、多异氰酸酯、有机溶剂、催化剂、封端剂、小分子交联剂、丙烯酸酯类单体、成盐剂、乳化剂、交联剂、引发剂和水；所述封端剂包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种；所述小分子交联剂包括三羟甲基丙烷、甘油或季戊四醇。优选地，所述多异氰酸酯中-NCO基团总量与低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂和亲水扩链剂中所含的-OH基团总量的摩尔比为(1.0～1.4)：1。优选地，所述核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，由包括以下质量份数的原料制备得到：低聚物二元醇40～80份；小分子醇类扩链剂3～8份；亲水扩链剂4～9份；多异氰酸酯20～50份；有机溶剂5～15份；催化剂0.01～0.08份；封端剂6～18份；小分子交联剂1～5份；丙烯酸酯类单体80～280份；成盐剂3～5份；乳化剂0.3～1.5份；交联剂0.5～2.4份；引发剂0.3～1.8份；水30～50份。优选地，所述多异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯中的一种或几种；所述封端剂包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种；所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸二乙基己酯中的一种或几种；所述交联剂包括二乙烯苯、二丙烯酸二乙醇酯或二丙烯酸二乙二醇酯；所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。本专利技术还提供了一种所述核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的制备方法，包括以下步骤：(1)将低聚物二元醇、多异氰酸酯、小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、小分子交联剂、有机溶剂和催化剂混合，发生缩聚反应，得到端异氰酸酯基聚氨酯预聚体；(2)将所述步骤(1)中端异氰酸酯基聚氨酯预聚体与封端剂混合，发生缩聚反应，得到水性聚氨酯预聚体；(3)将所述水性聚氨酯预聚体与部分丙烯酸酯类单体、成盐剂混合，发生中和反应，得到水性聚氨酯乳液；(4)将所述水性聚氨酯乳液与剩余丙烯酸酯类单体、乳化剂、交联剂、引发剂、水混合，发生自由基乳液聚合反应，得到核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液。优选地，所述步骤(1)中缩聚反应的温度为70～90℃；所述缩聚反应的时间为1～2h。优选地，所述步骤(3)中中和反应的温度为20～40℃；所述中和反应的时间为10～20min。优选地，所述步骤(4)中水性聚氨酯乳液与剩余丙烯酸酯类单体、乳化剂、交联剂、引发剂、水的混合方式为：先将剩余丙烯酸酯类单体、乳化剂、交联剂、引发剂和水混合，得到预乳化液，然后将所述预乳化液滴加到所述水性聚氨酯乳液中，所述滴加的速度为0.5～1.5mL/min。优选地，所述步骤(4)中自由基乳液聚合反应的温度为60～80℃，所述自由基乳液聚合反应的时间为2～4h。本专利技术还提供了一种阻尼涂料，制备原料包括乳液、云母粉、分散剂、消泡剂、增稠剂、碳酸钙、滑石粉和水；所述乳液为上述方案所述的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液或上述方案所述制备方法制备得到的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液。本专利技术提供了一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，制备原料包括低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、多异氰酸酯、有机溶剂、催化剂、封端剂、小分子交联剂、丙烯酸酯类单体、成盐剂、乳化剂、交联剂、引发剂和水；所述封端剂包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种。本专利技术以低聚物二元醇、多异氰酸酯和丙烯酸酯类单体为主体，利用封端剂中含有的双键和羟基，在小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、有机溶剂、催化剂、小分子交联剂、成盐剂、乳化剂、交联剂、引发剂和水的共同作用下，使聚氨酯和丙烯酸酯之间通过双键相连接，提高了聚氨酯和丙烯酸酯的相容性，进而有利于提高核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的稳定性和阻尼性能。由实施例可知，本专利技术制备的水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的阻尼因子tanδ高达0.95，有效阻尼(tanδ≥0.3)温度范围为-15～63℃，且能够通过调控水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液中聚氨酯和丙烯酸酯的不同比例，拓宽有效阻尼温度范围。另外，本专利技术提供的制备方法操作简单，能够降低生产成本；而且将本专利技术提供的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液涂膜固化后的薄膜具有优异的阻尼性能，在阻尼涂料领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的透射电镜图；图2为实施例4制备的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的动态力学分析曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，制备原料包括低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、多异氰酸酯、有机溶剂、催化剂、封端剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，其特征在于，制备原料包括低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、多异氰酸酯、有机溶剂、催化剂、封端剂、小分子交联剂、丙烯酸酯类单体、成盐剂、乳化剂、交联剂、引发剂和水；所述封端剂包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种；所述小分子交联剂包括三羟甲基丙烷、甘油或季戊四醇。

【技术特征摘要】
1.一种核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，其特征在于，制备原料包括低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂、亲水扩链剂、多异氰酸酯、有机溶剂、催化剂、封端剂、小分子交联剂、丙烯酸酯类单体、成盐剂、乳化剂、交联剂、引发剂和水；所述封端剂包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种；所述小分子交联剂包括三羟甲基丙烷、甘油或季戊四醇。2.根据权利要求1所述的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，其特征在于，所述多异氰酸酯中-NCO基团总量与低聚物二元醇、小分子醇类扩链剂和亲水扩链剂中所含的-OH基团总量的摩尔比为(1.0～1.4)：1。3.根据权利要求1或2所述的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，其特征在于，由包括以下质量份数的原料制备得到：低聚物二元醇40～80份；小分子醇类扩链剂3～8份；亲水扩链剂4～9份；多异氰酸酯20～50份；有机溶剂5～15份；催化剂0.01～0.08份；封端剂6～18份；小分子交联剂1～5份；丙烯酸酯类单体80～280份；成盐剂3～5份；乳化剂0.3～1.5份；交联剂0.5～2.4份；引发剂0.3～1.8份；水30～50份。4.根据权利要求1所述的核壳型水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液，其特征在于，所述多异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯中的一种或几种；所述封端剂包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种；所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸二乙基己酯中的一种或几种；所述交联剂包括二乙烯苯、二丙烯酸二乙醇酯或二丙烯酸二乙二醇酯；所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓云娇，周超，张明耀，张会轩，张求学，贾育霖，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22