聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，其方法为：制备水溶性聚氨酯种子乳液；在所得的聚氨酯种子乳液中加入甲基丙烯酸酯和交联剂，制备出胶乳互穿聚合物网络聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液；聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液含有２０－６０ｗｔ％的固体物，实际粒径为１０ｎｍ到１００ｎｍ。本发明专利技术制备方法简单，原料易得，由该制备方法制备的单一组分聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液具有更好的品质，特别是具有很好的抗水、热、化学药品和磨损能力，运用范围广泛，具有很高的经济价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涂料制备领域，更具体涉及一种。 技术背景近几年来，改进发展高性能的聚氨酯-丙烯酸酯乳液已经成为涂料行业中的一大热门。超 过95%的木料外部涂覆都采用透明涂覆。从空气污染、健康和安全的角度出发，过去20年中， 挥发性有机物(VOCs)的使用和后期的挥发已经越来越成为一个问题。挥发性有机物被认为会 导致臭氧空洞、烟雾形成和全球变暖等问题。有些挥发性有机物更会对人类的健康造成危害， 如致癌或器官-神经系统的综合病症，如记忆损伤等。因此，需要一种溶解好或水溶性涂料作 为替代品。为了减少挥发性有机物的挥发，水溶性涂料越来越多的用来替代溶剂型的涂料。聚氨酯 乳液和丙烯酸酯乳液是水溶性漆中最重要的两类。通常将聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液混合以 获得高质量的表面特性。相对于聚氨酯和丙烯酸酯的混合乳液，其两者的复合溶液具有更好 的性质。除了发展聚氨酯和丙烯酸酯的混合乳液这种的双组分体系，在单一组分体系上的尝试也 有了很大的进步，并且单一组分体系在使用上更为简单。上述乳液的品质虽然有些提高，但 是以往的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的漆膜表面的抗化学腐蚀能力不高，特别是抗化学药品、 溶剂和水能力不能满足人们的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该制备方法简单，原 料易得，由该制备方法制备的单一组分聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液具有更好的品质，特别是具 有很好的抗水、热、化学药品和磨损能力，运用范围广泛，具有很高的经济价值。本专利技术的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的制备方法，其特征在于按照以下步骤制备a) 制备水溶性聚氨酯种子乳液；b) 在所得的聚氨酯种子乳液中加入甲基丙烯酸酯和交联剂，制备出胶乳互穿聚合物网络 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。本专利技术的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，其特征在于所述聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液含有 20-60城％的固体物，实际粒径为10nm到100nm。 本专利技术的显著优点是a)本专利技术的制备方法运用含有叔胺基的盐离子中和剂，叔胺基用于中和聚合物中的羧酸功能团，并且在实际的使用中当涂覆的涂料固化后可以挥发。b) 本专利技术的制备方法加入交联剂，比如，将三羟甲基丙烷(trimethylolpropane monoallylether)， 己二醇二丙烯酸酯，等等，加入水溶性聚氨酯乳液。这一步的优点就是在水溶液中就可 以产生聚合物网络(LIPN)聚氨酯-丙烯酸酯而不需要乳化剂。c) 本专利技术的聚合物乳液含有20-60wt。/。的固体物，能够作为涂料成分和运用在不同的基体上， 如，木头、金属、玻璃、塑料，等等，运用范围广泛。d) 本专利技术获得的复合乳液用于涂覆，具有很好的抗水、热、化学药品和磨损性能，并通过 了《中国技术标准》HG/T3608-1999andHBC12-2002。e) 本专利技术获得的复合乳液在机械性能(如抗磨损能力，硬度或拉伸强度)和成膜温度之间 有一个很好的平衡。分散性能可以通过改变主要原料的成分在很大范围内调节，如改变 多元醇和多异氰酸酯或扩链剂。能够获得涂料应用预期的高分子量乳液。f) 本专利技术获得的复合乳液具有很小的粒径，有利于膜聚结。聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液中的 粒径范围为10到100nm。在此范围内，粒径的平均范围为小于90nm,绝大多数都小于 80腿。g) 本专利技术获得的复合乳液具有持久不变黄之优点，令其应用性能大大提高。 附图说明图1是运用原子力显微镜(AFM)检测实施例5的外貌图。 图2是制备水溶性聚氨酯种子乳液的流程图。具体实施方式本专利技术的具体制备步骤如下制备水溶性聚氨酯种子乳液本步骤所用原料的质量份数为多异氰酸酯1.1 6份；多 元醇或二元醇1份；催化剂0.01 0.1份；扩链剂0.1 0.9份，离子型基团化合物0.1 1.1份，中和齐U0.1 0.8份，溶齐IJ0.1 2.5份，7jC3,5 7.5份；制备过程将多元醇预先真空脱 水处理，反应容器通氮气干燥15 60分钟，在反应容器中加入多异氰酸酯、催化剂、多元醇和溶剂进行预縮合反应，加入扩链剂进行扩链反应，加入离子型基团化合物进行离子化，滴定加入中和剂进行中和反应，然后加入水，反应混合物在94'C下连续搅拌30分钟，反应混 合物在94'C下条件下保持2.5小时乳化；将反应混合物冷却到25'C，得到水溶性聚氨酯种子 乳液；在所得的聚氨酯种子乳液中边搅拌边加入甲基丙烯酸酯和交联剂，乳液加热到60'C—65 °C，可以放热到75'C，保持单体的浓度不超过lOOOppm制备出胶乳互穿聚合物网络聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，所述甲基丙烯酸酯的用量为1.5 3.5份，所述交联剂的用量为0.1 1.1 份。其中，扩链反应适宜的温度为50到90 'C，优选60到80 'C。在聚氨酯种子乳液中还可以加入自由基引发剂，所述自由基引发剂的用量为0.01 0.1 份；所述自由基引发剂为含氮类型的引发剂。在本专利技术的制备步骤中，制备水溶性聚氨酯种子乳液的过程中如果有必要，用丙酮或酮 真空蒸馏法得到最终的水溶性聚氨酯种子乳液。反应中用到多元醇或二醇，用量与有机物二异氰酸酯的理想配比过剩，以形成具有异氰 酸酯端基的聚氨酯预聚物。适合的用量配比为1:1.1到1:6，优选采用1:1.5到1:4，最好的 配比是1:1.5到1:3，多元醇或二醇与二异氰酸酯应该提供合适的阴离子分散性到预聚物。在 添加单体并形成预聚物后而形成水乳液之前，溶液中至少有一种相对不反应的侧链羧基离子基团，该离子基团在后边是用来中和离子盐的。所述的离子盐中含有活泼氢键， 一个叔胺基。 含羧基的水分散型聚氨酯预聚体和丙烯酸类单体的混合物可以通过简单的混合丙烯酸类单体和聚氨酯预聚体制备而成。所用的丙烯酸类单体最好含有一个聚乙烯基不饱和共聚单体。 预先在水中分散预聚体和单体混合物，将一种叔胺盐添加到混合物，添加量足以使预聚物水溶液分散。也就是说胺的加入量足以中和羧酸，最好按照化学计量比中和。中和剂必须 在预聚体和单体混合物在水中被充分分散之前加入混合物以确保分散后有机相和水相的兼容性。随意的，也可以在乳液中加入极性有机溶液，如N—甲基吡咯垸酮，提高有机相和水相的兼容性。与预聚体反应的活泼氢键扩链剂，如多元醇，其加入能增加聚合物的链长。扩链剂的用 量大约与预聚体产生的游离异氰酸酯基团相同。当温度升高时，混合物单体游离的自由基聚合和预聚体的链扩展增加，因此适宜的温度 为50到90 'C，优选60到80 'C。温度的选择范围为既能维持聚合反应的发生又可以使链 扩展反应完全，即从在水相和有机相乳液中一加入扩链剂就开始反应。为了获得更好改善聚合物乳液的抗水性能，需要加入自由基引发剂。合适的引发剂含有 油溶性物质(亲油基)，比如， 一些含氮类型的引发剂(偶氮二异丁腈(AIBN))，引发剂堵塞 了聚合的丙烯酸部分，丙烯酸部分被包围然后进入大量的聚合链内部，同时，聚氨酯部分暴 露与水分子接触。这就导致形成封闭的具有强烈亲水性的大体积聚氨酯-丙烯酸酯球。用原子 力显微镜(AFM)检测用该聚合物乳液涂覆后的外貌图。本专利技术所用的适合的多异氰酸酯为含有超过一个NCO基团的异氰酸酯，优先二异氰酸 酯，如4,4-亚甲基双苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯，4， 4-二环己基甲垸二异氰酸酯，异 佛尔酮二异氰酸酯，2， 4-二苯基甲烷二异氰酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：制备水溶性聚氨酯种子乳液；在所得的聚氨酯种子乳液中加入甲基丙烯酸酯和交联剂，制备出胶乳互穿聚合物网络聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利坚，陈敏强，林子聪，许晓峰，
申请(专利权)人：香港生产力促进局，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]