用于屋顶涂料的聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体及其制备制造技术

一种制备用于高颜料体积浓度(PVC)涂料的聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，该方法包括以下步骤：a)制备聚氨酯预聚物；b)将至少一种丙烯酸酯单体、至少一种苯乙烯类单体或它们的混合物加入到该聚氨酯预聚物中；c)加入中和剂；d)将聚氨酯预聚物分散和增链；并e)加入至少一种烯键式不饱和非离子型单体和酸单体的乳化的混合物，并将它们一起共聚合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】领域本专利技术涉及新的制备用于高PVC涂料的聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法、由该方法制备的聚氨酯/丙烯酸杂合分散体、以及含有所述聚氨酯/丙烯酸杂合分散体的涂料组合物。
技术介绍
近些年来，人们共同努力，力求减少在涂漆过程中排放的挥发性溶剂造成的大气污染。出于对环境问题的担忧，政府对挥发性有机化合物(VOC)制定了严格的规定。因此，涂料工业的一个主要目标是通过配制水基涂料组合物来尽可能减少有机溶剂的使用，并且所述水基涂料组合物能够提供平滑而高光泽度的外观，具有包括耐酸雨在内的良好的物理性质。虽然溶剂型涂料能够提供许多优点，例如快干、高硬度、高耐磨性、高防水性、高耐化学性和实惠的价格，但是水基涂料不可燃或者不易爆，因此具有环保方面的优点。所述水基涂料使用水作为体系的溶剂，不含有毒化学品。所述水基涂料不含挥发性有机化合物，或者仅含少量的挥发性有机化合物。聚氨酯分散体(PUD)与表面涂料相关的独特优点在于，聚氨酯分散体(PUD)能够形成附着膜，并且能够通过控制聚合物链中软链段和硬链段的相对量来控制微相形貌。由于具有这些特征，使得PUD可以用于机械性质特别关键的很多种表面涂料应用。高耐磨性、极佳的韧性、弹体性能和低温下的高延伸性是常规的优点。但是，与常规的丙烯酸类乳液相比，PUD具有较高的原料成本，这限制了PUD在许多工业应用中的应用。为了克服这个问题，人们已经将聚氨酯分散体与其他的较为廉价的聚合物合并起来，以获得成本/性能的平衡，这是因为聚氨酯(PU)和聚丙烯酸酯(PA)的性质彼此互补。PU和PA的复合材料在膜的粘着性、成膜性、非粘连性、耐候性、伸长性和强度方面更为显著，并且具有极佳的成本-性能平衡。因此，自从开发出了PU，用PA对PU进行改良就一直是本领域一个活跃的研究课题。两种方法可用于用PA改性PU：物理方法和化学方法。在物理法中，首先单独地制备PA和PU的水性分散体(乳液)，然后在机械混合下将这两种分散体混合起来。物理法是很方便的方法，可以很容易地控制最终产物的组成。但是，在此种掺混物中，由于两种材料(PU和PA)之间的不相容，可能使得优良的性能特性受到降低。这种掺混的分散体可能存在不稳定的缺陷。出于这些原因，化学改良技术目前具有重要的地位。化学法是通过丙烯酸酯的后聚合实现的。在化学法中，可以首先制备PU分散体,然后可以在所述PU分散体中使得丙烯酸酯和其他乙烯基单体聚合。在大多数情况下，采用芯-壳乳液聚合。使用PU颗粒作为种子颗粒，使得丙烯酸酯在PU颗粒内聚合，之所以这样做是由于丙烯酸酯的高疏水性。预计这些杂合分散体能够提供PA的优点和PU的优点，其中PA的优点包括例如极佳的耐候性，对颜料的亲合性，以及低成本，PU的优点包括例如更好的机械稳定性，极佳的粘着性，耐溶剂性和耐化学性，以及韧性。不过，当将根据现有技术制备的聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体配制在涂料中，且具有颜料体积浓度(PVC)高于40％时，由此制得的涂料的伸长性显著降低。本申请专利技术人旨在解决以下问题：提供聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体，当其被配制在涂料中时提供改善的与颜料的粘结亲和性，从而在配制的涂料组合物中PVC含量可以很高，同时由此制备的涂料性能不会受到不利影响。概述本专利技术提供了一种用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，该方法包括以下连续步骤:i)将至少一种多元醇加入反应器中；ii)在步骤i)的同时或在步骤i)之后，但是在步骤iii)之前，在115-140℃的温度加入二羟甲基丙酸(DMPA)作为水分散性提高剂，以获得均一的溶液；iii)在75-95℃的温度加入至少一种多异氰酸酯，直至NCO含量达到恒定值，从而制备聚氨酯预聚物；iv)在40-65℃的温度下，向所述聚氨酯预聚物加入至少一种丙烯酸酯单体、至少一种苯乙烯类单体或其混合物,作为稀释剂；v)加入中和剂；vi)在存在步骤iv)的丙烯酸酯单体和/或苯乙烯类单体的情况下，使得聚氨酯预聚物分散和增长；以及vii)加入至少一种烯键式不饱和非离子型单体和以包括所述步骤iv)中的丙烯酸酯单体和/或苯乙烯类单体在内的烯键式不饱和非离子型单体的总重量为基准计，1-3重量％的酸单体的乳化的混合物，并在存在缓冲剂、pH值为7.2-8.6的条件下将该混合物一起共聚合，以制得聚氨酯/丙烯酸酯杂合分散体。本专利技术还提供了用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，该方法还包括在搅拌条件下，将所述聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体与聚丙烯酸酯分散体冷掺混。该方法还包括通过与双丙酮丙烯酰胺或甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯共聚合来改性该聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体和聚丙烯酸酯分散体；并加入己二酸二酰肼作为交联剂。本专利技术还提供一种高颜料体积浓度(PVC)涂料组合物，其包含聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体和一种或多种颜料和/或填料，所述聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体包含聚氨酯预聚物、包含聚合形式的烯键式不饱和非离子型单体和以烯键式不饱和非离子型单体的总重量为基准计，1-3重量％的酸单体的丙烯酸类聚合物，该涂料组合物的PVC为25-55，或30-55，或更优选35-50或更优选大于或等于38。详细描述在本专利技术中,术语“聚氨酯”或“PU”描述了包含低聚物(即预聚物)的聚合物，所述低聚物包含多个氨基甲酸酯基,即—O—C(═O)—NH—,而不考虑其制备方式。众所周知，聚氨酯除了包含氨基甲酸酯基以外，还可以包含其他的基团，例如脲、脲基甲酸酯、缩二脲、碳二亚胺、噁唑烷基、异氰脲酸酯、脲二酮、醚、酯、碳酸酯等。通常，预聚物的数均分子量高于1,000或2,000道尔顿，如果在处理过程中链发生了增长，则数均分子量可达数百万道尔顿。在本文中，术语“聚丙烯酸酯”或“PA”表示由一种或多种丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合制得的聚合物或树脂，所述丙烯酸酯是例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯等，所述甲基丙烯酸酯包括例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯等。上述丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体的共聚物也包括在本专利技术的术语“聚丙烯酸酯”的范围内。可以通过众所周知的任何聚合技术来进行丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体的聚合，从而提供PA分散体，用于实施本专利技术。在本文中，术语“wt.％”表示重量％。通过以下步骤制备本专利技术的聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体(PUA)：a)PU预聚物制备；b)将PU预聚物在水中分散并增长；以及c)加入并聚合至少一种烯键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，该方法包括以下连续步骤：i)向反应器中加入至少一种多元醇；ii)在进行步骤i)的同时/在步骤i)之后，但是在步骤iii)之前，在115‑140℃的温度下加入DMPA作为水分散性提高剂，以制得均一的溶液；iii)在75‑95℃的温度下加入至少一种多异氰酸酯，直至NCO含量达到恒定值，从而制备聚氨酯预聚物；iv)在40‑65℃的温度下，将至少一种丙烯酸酯单体、至少一种苯乙烯类单体或它们的混合物作为稀释剂加入所述聚氨酯预聚物中；v)加入中和剂；vi)在存在步骤iv)的丙烯酸酯单体和/或苯乙烯类单体的情况下，对所述聚氨酯预聚物进行分散和增链；以及vii)加入至少一种烯键式不饱和非离子型单体和以包括所述步骤iv)的丙烯酸酯单体和/或苯乙烯类单体在内的烯键式不饱和非离子型单体的总重量为基准计，1‑3重量％酸单体的乳化的混合物，并在缓冲剂存在下在7.2‑8.6的pH值下将它们一起共聚合，得到聚氨酯/丙烯酸酯类杂合分散体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，该方法包括以下连
续步骤：
i)向反应器中加入至少一种多元醇；
ii)在进行步骤i)的同时/在步骤i)之后，但是在步骤iii)之前，在115-140
℃的温度下加入DMPA作为水分散性提高剂，以制得均一的溶液；
iii)在75-95℃的温度下加入至少一种多异氰酸酯，直至NCO含量达到恒
定值，从而制备聚氨酯预聚物；
iv)在40-65℃的温度下，将至少一种丙烯酸酯单体、至少一种苯乙烯类单
体或它们的混合物作为稀释剂加入所述聚氨酯预聚物中；
v)加入中和剂；
vi)在存在步骤iv)的丙烯酸酯单体和/或苯乙烯类单体的情况下，对所述聚
氨酯预聚物进行分散和增链；以及
vii)加入至少一种烯键式不饱和非离子型单体和以包括所述步骤iv)的丙
烯酸酯单体和/或苯乙烯类单体在内的烯键式不饱和非离子型单体的总重量为
基准计，1-3重量％酸单体的乳化的混合物，并在缓冲剂存在下在7.2-8.6的pH
值下将它们一起共聚合，得到聚氨酯/丙烯酸酯类杂合分散体。
2.如权利要求1所述的用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，其
特征在于，该方法还包括在搅拌的条件下，将所述聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体
与聚丙烯酸酯分散体冷掺混。
3.如权利要求2所述的用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，其
特征在于，该方法还包括通过以下方式对聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体和聚丙烯
酸酯分散体进行改良：与双丙酮丙烯酰胺或乙酰乙酰氧基乙基(甲基丙烯酸酯)
共聚；并加入己二酸二酰肼作为交联剂。
4.如权利要求1所述的用来制备聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的方法，其
特征在于，所述丙烯酸酯单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纪光，陈吉涛，卢福军，陆威，冯少光，J·M·罗考斯基，孙彤，L·拉维桑克，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限公司，罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US